Elektronspin-rezonancia

Az elektronspin-rezonancia (rövidítve ESR, angolul Electron Spin Resonance) a spektroszkópiának egy ága. Az anyag fény-abszorpcióját vizsgálja erős mágneses tér jelenlétében. Az ESR hasonló a mágneses magrezonanciához (rövidítve NMR, angolul Nuclear Magnetic Resonance), de ESR esetén az abszorpció az elektronspinek és nem a magspinek rezonanciájának következménye.

Az ESR több nagyon hasonló alcsoportra bontható, attól függően, hogy milyen mágneses tulajdonságú elektronspineken történik a megfigyelés.

• A legelterjedtebb az úgynevezett elektron paramágneses rezonancia (EPR, angolul Electron Paramagnetic Resonance). Az EPR általánosan a kémiában és a biológiában használatos, ahol izolált párosítatlan, és így paramágneses spineket vizsgálnak.
• Nagyon tiszta fémeken, illetve szerves vezetőkben megfigyelhető az úgynevezett vezetési elektronspin rezonancia (CESR, angolul Conduction Electron Spin Resonance), ahol a fémek Pauli-szuszceptibilitása mérhető.
• Antiferromágneses anyagokban megfigyelhető az úgynevezett antiferromágneses rezonancia (AFMR, angolul Antiferromagnetic Resonance).
• Ferromágnesesen rendezett anyagokban az úgynevezett ferromágneses rezonancia figyelhető meg (FMR, angolul Ferromagnetic Resonance).

Története

A jelenséget először Jevgenyij Zavojszkij szovjet fizikus figyelte meg 1944-ben, és párhuzamosan Brebis Bleaney fejlesztette tovább az oxfordi egyetemen.

Elmélet

Az ESR elméletét legegyszerűbben egy külső mágneses térbe ${\displaystyle (B_{O})}$ helyezett feles spinű ${\displaystyle (S={\frac {1}{2}})}$ elektron esetén érthetjük meg. A mágneses tér nélkül degenerált ${\displaystyle m_{S}=+{\frac {1}{2}}}$ és ${\displaystyle m_{S}=-{\frac {1}{2}}}$ két spinállapot energiája külső mágneses térben ${\displaystyle E_{S}=g\cdot \mu _{B}\cdot B_{0}\cdot m_{S}}$ úgynevezett Zeeman-hatás kölcsönhatás szerint változik (ahogy a jobb oldali ábrán látszik). Így a két spinállapot közti enrgiakülönbség ${\displaystyle \Delta E=g\cdot \mu _{B}\cdot B_{0}}$ arányos a külső mágneses térrel. Ekkor ha ${\displaystyle E=\hbar \omega =g\cdot \mu _{B}\cdot B_{0}}$ energiájú fénnyel (elektromágneses hullámmal) besugározzuk a rendszert - ami pont a Zeeman energiakülönbségnek felel meg - a két spinállapot között átmeneteket hozhatunk létre. Tipikus laboratóriumi mágneses tér ${\displaystyle B_{0}=0.3}$ T így a megfelelö energiájú fény (elektromágneses hullám) frekvenciája ${\displaystyle \omega =10}$ GHz.

Az itt leírtak megegyeznek az NMR-nél találtakkal. Az egyetlen különbség, hogy a proton mágneses momentuma ezrede az elektron mágneses momentumának, így azonos mágneses térben az abszorpció frekvenciája is ezrede, azaz a MHz tartományba esik.

Alkalmazások

Kémiai alkalmazása olyan szerves, vagy szervetlen kémiai egyedek esetén elterjedt, amelyekben párosítatlan elektronok vannak jelen, vagyis szabad gyökök és átmenetifémeket tartalmazó szervetlen komplex vegyületek fordulnak elő.

A módszernek különös értéke az, hogy mivel egy vegyületben a párosított elektronok nem rezonálnak, a módszer speciálisan csak az ionokat, illetve komplexeket mutatja ki.

Ez a kémiai tárgyú lap egyelőre csonk (erősen hiányos). Segíts te is, hogy igazi szócikk lehessen belőle!

Ez a fizikai témájú lap egyelőre csonk (erősen hiányos). Segíts te is, hogy igazi szócikk lehessen belőle!