微波段電子自旋共振實驗(編輯修改稿)
2025-05-14 01:15 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 能級差的不確定量，根據(jù)測不準原理，為能級壽命，于是有 （15）這就意味著粒子在上能級上的壽命的縮短將導致譜線加寬。導致粒子能級壽命縮短的基本原因是自旋－晶格相互作用和自旋－自旋相互作用。對于大部分自由基來說，起主要作用的是自旋－自旋相互作用。這種相互作用包括了未偶電子與相鄰原子核自旋之間以及兩個分子的未偶電子之間的相互作用。因此譜線寬度反映了粒子間相互作用的信息，是電子自旋共振譜的一個重要參數(shù)。用移相器信號作為示波器掃描信號，可以得到如圖3所示的圖形，測定吸收峰的半高寬（或者稱譜線寬度），如果譜線為洛倫茲型，那么有 （16）其中旋磁比，這樣即可以計算出共振樣品的橫向弛豫時間。圖3 根據(jù)樣品吸收譜線的半高寬計算橫向弛豫時間5. 微波基礎(chǔ)知識與微波器件（1）微波及其傳輸由于微波的波長短，頻率高，它已經(jīng)成為一種電磁輻射，所以傳輸微波就不能用一般的金屬導線。常用的微波傳輸器件有同軸線、波導管、帶狀線和微帶線等，引導電磁波傳播的空心金屬管稱為波導管。常見的波導管有矩形波導管和圓柱形波導管兩種。從電磁場理論知道，在自由空間傳播的電磁波是橫波，簡寫為TEM波，理論分析表明，在波導中只能存在下列兩種電磁波：波，即橫電波，它的電場只有橫向分量而磁場有縱向分量；波，即橫磁波，它的磁場只有橫向分量而電場存在縱橫分量，在實際使用中，總是把波導設(shè)計成只能傳輸單一波形。波是矩形波導中最簡單和最常使用的一種波型，也稱為主波型。圖4 矩形波導管一般截面為的、均勻的、無限長的矩形波導如圖4所示，管壁為理想導體，管內(nèi)充以介電常數(shù)為，磁導率為的介質(zhì)，則沿方向傳播的波的各分量為 （17） （18） （19） （20）其中為電磁波的角頻率，稱為相位常數(shù)， （21）稱為波導波長，為截止或臨界波長（對微波電子自旋共振實驗系統(tǒng)中，），為電磁波在自由空間的波長。波具有下列特性：a）存在一個截止波長，只有波長的電磁波才能在波導管中傳播。b）波長為的電磁波在波導中傳播時，波長變?yōu)椤）電場矢量垂直于波導寬壁（只有），沿方向兩邊為0，中間最強，沿方向是均勻的。磁場矢量在波導寬壁的平面內(nèi)（只有、），的含義是TE表示電場只有橫向分量。1表示場沿寬邊方向有一個最大值，0表示場沿窄邊方向沒有變化（例如，表示場沿寬邊和窄邊分別有和個最大值）。 實際使用時，波導不是無限長的，它的終端一般接有負載，當入射電磁波沒有被負載全部吸收時，波導中就存在反射波而形成駐波，為此引入反射系數(shù)和駐波比來描述這種狀態(tài)。 （22） （23）、分別是某橫截面處電場反射波和電場入射波，是它們之間的相位差。和分別是波導中駐波電場最大值和最小值。和的關(guān)系為 （24）當微波功率全部被負載吸收而沒有反射時，此狀態(tài)稱為匹配狀態(tài)，此時，波導內(nèi)是行波狀態(tài)。當終端為理想導體時，形成全反射，則，稱為全駐波狀態(tài)。當終端為任意負載時，有部分反射，此時為行駐波狀態(tài)（混波狀態(tài)）。（2）微波器件1）固態(tài)微波信號源教學儀器中常用的微波振蕩器有兩種，一種是反射式速調(diào)管振蕩器，另外一種是耿式（Gunn）二極管振蕩器，也稱為體效應二極管振蕩器，或者稱為固態(tài)源。耿式二極管振蕩器的核心是耿式二極管。耿式二極管主要是基于n型砷化鎵的導帶雙谷——高能谷和低能谷結(jié)構(gòu)。1963年耿式在實驗中觀察到，在n型砷化鎵樣品的兩端加上直流電壓，當電壓較小時樣品電流隨電壓的增高而增大；當電壓超過某一臨界值后，隨著電壓的增高電流反而減小，這種隨著電場的增加電流下降的現(xiàn)象稱為負阻效應，電壓繼續(xù)增大（），則電流趨向于飽和，如圖5所示，這說明n型砷化鎵樣品具有負阻特性。圖5 耿式二極管的電流－電壓特性砷化鎵的負阻特性可以用半導體能帶理論解釋，如圖6所示，砷化鎵是一種多能谷材料，其中具有最低能量的主谷和能量較高的臨近子谷具有不同的性質(zhì)，當電子處于主谷時有效質(zhì)量較小，則遷移率較高；當電子處于子谷時有效質(zhì)量較大，則遷移率較低。在常
教學教案相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1