Способ определения параметров структуры твердого магнитоанизотропного вещества Советский патент 1988 года по МПК G01N24/00 

:114

Изобретение относится к радиоспектроскопии, в частности к магнито резонансным методам .исследования структуры и состава твердых веществ, и может быть использовано в промышленности в методиках неразрушающего контроля качества продукции радио- 1спектроскопическими методами.

Цель изобретения - повышение точности определения структурных параметров вещества в многокомпонентном спектре.

На фиг. показано изменение ориентации образца на угол 9 между направлением статического магнитного поля и главной осью структуры вещества образца; на фиг, 2 - спектр CaPcf e для 9 20, снятый в условиях суперпозиции трех полей: статического магнитного напряженностью 1 , модулирующего его переменного магнитного поля, вектор напряженности кото

рого коллинеарен с вектором И, , и высокочастотного электромагнитного

поля, вектор напряженности Н| последнего поля перпендикулярен к векторам напряженности двух первых полей; на фиг.З - спектр образца для 0 20 , снятый в трех взаимно перпендикулярных полях: статическое магнитное поле напряженностью Н, .модулирующее его переменное магнитное поле, вектор напряженности которого перпендикулярен вектору Н , и высокочастотное электромагнитное поле, вектор напряженности последнего поля перпендикулярен к векторам напряженности двух первых полей.

При перпендикулярной модуляции статического магнитного поля и синхронном детектировании сигнала на первой модуляционной гармонике спектра для системы с нецелочисленными, большими чем 1/2 спинами, взаимодействующими с аксиально-симметричными внут- рикристаплическими полями, центральная изотропная компонента (переход +1/2) не проявляется - множитель (т + 1/2) обрап,ается в нуль, и в спектрах магнитного резонанса, снятых с перпендикулярной модуляцией, отсутствуют все изотропные компоненты, имеющиеся в спектрах с продольной модуляцией, что допускает более точное и простое опреде.ление параметров структуры. Существенно при этом, что перпендикулярная модулягщя при условии Н /Нр«1, где П -

жениость поля модуляции, не возмущает структуры энергетических уровр ей спиновой системы (т.е. модуляция адиабатическая), поэтому угловая зависимость резонансных частот такая же, как и при продольной модуляции.

Как видно из фиг. 2 и 3, в спектрах, снятых при помещении образца в суперпозицию трех взаимно перпендикулярных полей, число компонент уменьшается, при этом сохраняются только анизотропные компоненты, а все изотропные, отвечающие переходам , отсутствуют, Этим обеспечивается разрешение оставшихся в спектре анизотропных линий тонкой структуры, несущих основную информацию о структуре вещества.

Дальнейшая обработка спектра (фиг.З) сводится к определению параметров спектральных линий, положения

5

Ю

0

5

0

5

в магнитном поле, ширины, формы линии, из угловой зависимости которых извлекается информация о физико-химических параметрах структуры.

Основным достоинством данного способа является повышение точности из- ,мерений, следующее из разрешения линий тонкой структуры спектров магнитного резонанса, в случаях, когда снятие ориентационной зависимости обычным - на продольной модуляции - способом неэффективно, т.е. при наличии в образце маскирующего эффекта от изотропных компонент близких по g-фактору спинов, при малых константах взаимодействия, при углах, близких к магическому и др.

Данный способ позволяет также осуществлять разделение фаз в твердом теле (например, определять наличие и вклад в спектр связанной, порождающей а.низотропньй спектр, и свободной воды в кристаллогидратах).

Для демонстрации эффективности предлагаемого способа приводим результаты эксперимента по снятию ориентационной зависимости спектра образца GaP Fe на частоте 10 ГГц при температуре 77 К (фиг.1). Ориента- ционная зависимость спектра ЭПР GaP iLFe на продольной модуляции известна - она проявляет сильную анизотропию. Анизотропные линии малой интенсивности на крыльях и в средней части спектра отвечают центрам Fe в состоянии d, маскируются широкой

изотропной линией

примесных киспоD

родных центров и не разрешаются на продольной модуляции.

Образец GaP Fe n-типа проводимости отжигался на воздухе в течение 10 ч при давлении 8 атм и температуре 1200°С. Появившиеся кислородные центры обусловили широкую (ЛН 200 Э) изотропную линию (фиг.2), которая практически полностью маски- рует тонкую структуру центров железа. При снятии ориентационной зависимости спектра ЭПР этого образца предлагаемым способом на 1-й синфазной гармонике частоты перпендикулярной моду- ля1;ии получены спектры, в которых присутствовали только анизотропные компоненты, связанные с центрами железа. Изотропная линия кислорода отсутствовала. Полное подавление изо- тропной компоненты достигалось юстировкой катушек перпендикулярной модуляции (фиг.З).

Обработка полученных спектров позволяет определить локальную симметрию ценчров Fe в отожженном GaP.Fe , параметр а кубического расщепления, g-фактор и другие константы спинового гамильтониана. Полученные данные пол- ностью согласуются с результатами

экспериментов по снятию ориентацион- ных зависимостей спектров ЭПР на образцах GaP 1Ре с продольной модуляцией.

Формула изобретения

Способ определения параметров структуры твердого магнитоанизотроп- ного вещества, включающий получение спектров магнитного резонанса в зависимо стп от величины угла между направлением статического магнитного поля и главной осью структуры вещества при наложении на образец суперпозиции статического магнитного, модулирующего переменного, низкочастотного магнитного и высокочастотного электромагнитного полей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения структурных параметров вещества в многокомпонентном спектре, создают статическое магнитное поле, перпендикулярное модулирующему переменному низкочастотному магнитному полю, частота которого меньше обратных характеристических времен релаксации в веществе , и перпендикулярное двум последним высокочастотное электромагнитное поле, и получают спектр на синфазной с модуляцией первой гармонике магнитного резонанса.

Изобретение относится к радиоспектроскопии, в частности к магнито- резонансным методам исследования структуры веществ. Целью изобретения является повьшение точности определения структурных параметров вещества в сложных случаях наложения линий. В способе снимают ориентационную зависимость спектров магнитного резонанса с перпендикулярной модуляцией статического магнитного поля. В спектрах магнитного резонанса, снятых с перпендикулярной модуляцией для систем с нецелочисленными спинами , сохраняются только наиболее информативные - тонкоструктурные анизотропные компоненты, а изотропные составляющие, в том числе и тонкоструктурные, отвечающие переходам между состояниями | ± 1 /2 , не проявляются. Существенным достоинством способа является возможность разрешения анизотропных линий при малых константах взаимодействия и возможность разделения фаз в твердом веществе. 3 ил. с S (Л

Фиг.1

нпг

п модуляция

.т

Фиг:г

Фи1.

1 модуляция 2003