Устройство для измерения д-фактора Советский патент 1979 года по МПК G01N27/78 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ g - ФАКТОРА где h - постоянная Планка} 9д - резонансная СВЧ мощности; -g - фактор; J) - магнетон Бора д§я электрона, определяют б - фактор. Известное устройство измерения фактора имеет существенные недостатки. Точность измерения величины 0 фактора ограничена ста&|пьностью часто- Ю ты генератора ЯМР и внешнего генера тора. Кроме того,, повышение точно«;ти измерения может быть достигну то, если размещать датчик ЯМР на одной оси с образцом ЭПР, но это требует увеличе-. НИН величины воздушного зазора, и, следовательно, снижает однородность пола, что, в свою очередь, вызывает уширение линии ЯМР и снижение точности. Увеличение же диаметра полюсных на-, конечников для получения требуемой однородности приводят к существенному увеличению габаритов магнита и потребляемой им мощности, Лля осуществления процесса измерения необходимо ocтaнaвливaтьJCя на линии, d -фактор которой измеряется, так как необходимо время для настройки на MaKCHMytJi линии ЯМР. Это требует повышенной долгоьременной стабильности резонансных условий спектрометра ЭПР, что приводит к его усложнению Недостаточная долговременная стабильность резонансных условий снижает точноуть измерений. Для уменьшения време ни измерения в спектрометр ЭПР может быть введе11а система синхронизации раз вертки поля с изменением частоты гене ратора ЯМР. Введение системы синхронизации уменьшает диапазон измеряемых величин б - фактора, так как Невозможно обеспечить достаточно жесткую синхронизацию в широком интервале перестрой ки. Вычисление tf - фактора производится по формуле и, следовательно, трудно обеспечить автоматизацию процесса измерения из-за большой разницы частот ЭПР (порядка ) и ЯМР (порядка 1О Пх), т„ е, нельзя .осуществить измерение 6 - фактора в процессе непрерывной записи спектра. ЭПР, Цель предлагаемого изобретения повышение точности измерения за счет определения - фактора в процессе запи си спектра ЭПР, а также расширения диапазона измереш1Й. 6 64 Она достигается тем, что в зазор электромагнита на оси, перпендикуляраой полюсным наконечникам электромагнита и проходящей через исследуемый образец, помещен микрополосковый генератор Ганна, перестраиваемый сферой из железо-иттриевого граната (ЖИГ), а в спектрометр ЭПР введен измеритель отношения частот, блок умножения, управляющее устройство и индикаторное устройство, причем измеритель отноше-ния частот соединен с блоком сверхвысокой частоты и микрополосковым генератором Ганна, выход измерителя отноше1ше частот соединен со входом блока умножения к выходу которого подключено индикаторное устройство, а управляющее устгойство включено между блоком регистрации и индикаторным устройством, На чертеже дана функциональная схема устройства. К блоку 1 СВЧ спектрометра ЭПР, подключен блок 2 регистрации спектрометра ЭПР, К блоку 1 СВЧ-1 подкшочен также рабочий резонатор 4 с помещенным в него образцом 5, Рабочий резонатор 4 и микрополосковый генератор Ганна, перестраиваемый сферой ЖИГ-6 находятся в зазоре электромагнита 7. Измеритель 3 отношения частот соединен с генератором Ганна и блоком СВЧ. К выходу измерителя отношения частот подключен блок 8 умножения, к выходу которого погослючено индикаторное уст- ройство 1О, вкшочение которотО осуществляется управляющим устройством 9, подшасченным к блову регистрации, Известно, что частота генерации микрополоскового генератора Ганна, перестраиваемого с помощью сферы ЖИГ, пропорциональна напряженности внешнего магнитного ноля и определяется выражениемР-КН, где 9|t - частота генерации генератора . Ганна| К - коэффициент пропорциональности; Н - напряженность внешнего магнитного ПОЛЯо Помещая генератор Ганна в зазор электромагнита спектрометра ЭПР так, чтобы он находился на оси перпендикулярной полюсным наконечникам и проходящей через образец, можно считать, что напряженность магнитного поля в месте размещения образца и генератора Ганна практически одинакова. Так как резонансные значения напряженности маг- нитного ПОЛЯ для парамагиитньк образцов, имеющих 6 - фактор около d -фак g,тг-и тора свободного электрона в спектроме рах ЭПР З-х см диапазона укладывает ся в диапазон значений напряженности внешнего магнитного поля, которым осу ществляется перестройка генератора Ганна, то, решая приведенные выше ура фактора, понения относительно лучимт X л. JLO. . из этого выражения видно, что при изменении величины внешнего магнитно- гЬ поля и постоянстве-pQ может быть определен 6 - фактор. Работа устройства происходит следу щим образом. Рабочий резонатор 4 с помещенным в нем исследуемым образцом 5, питает ся СВЧ мощностью от блока 1 СВЧ, Из менение мощности блока 1 СВЧ - регистрируется блоком 2 регистрации, Микрополосковый генератор Ганна, перестраиваемый сферой ЖИГ 6, помещается в зазоре электромагнита 7 спектрометра ЭПР, так, чтобы он находился на оси, перпендикулярной полюсным наконечникам электромагнита и про ходящей через исследуемый образец 5, Следует бтметить, что такое размещение генератора Ганна не требует существенного увеличе1шя воздушного зазора из-за его малых размеров (около 2 мм). После настройки спектрометра ЭПР на регистрацию спектра поглощения исследуемого образца 5 включаем режим записи спектра ЭПР исследуемого образца 5 и в процессе записи спектра измеряем соотношение частот 9о и 9 помощью включенного в схему измерителя 3 отношения частот (например, па норамного частотомера ), Умножая с помощью блока умножения полученное отношение 9о к 9р на коэффици ент AS определяем 6 - факто 1 исследуемого образца. Значение - фактора определяется по индикаторному устройству 10, котоf5oe включается управляющим устройством 9 в момент прохождения максимума линии спектра поглощения или ггуля первой протсзводной этого спектра. Формула изобрет е.н.,и я Устройство для измерещ1я - фактора, включающее в себя спектрометр электронного парамагнитного резонанса, состоящий из блока сверхвысокой частоты, блока регистрации, электромагнита и измерителя величины магнитного note электромагнита, о т л и ч а ю Л1 ее с я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет определения б фактора в процессе записи спектра электронного парамагнитного резонанса, а также расширения Ш1апазона измерений, в зазор электромагнита на оси, перпендикулярной полюсным наконечникам электромагнита и проходящей через исследуемый образец, помещен мнкропрлосковый генератор Ганна, перестраиваемый сферой из железо-шттриевого граната, а в спектрометр электронного парамагнитного резонанса введен измеритель отношения частот, блок умножения, управляющее устройство и индикаторное устройство, причем измеритель отношения частот соединен с блоком сверхвысокой частоты и микрополосковым генератором Ганна, выход измерителя отношения частот соединен со входом блока умноже1шя, к выходу которого.подключено индикаторное устройство, а упраЕЛяющёе устройство включено между блоком регистрации и индикаторным устройством, ИСТОЧШ1Ю1 информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Леше А, Ядерная индукдия, М., ИЛ„ 1963, гл. 3. 2,Вертц Джо, Болтон Дж. Теория и практические приложения метода ЭПР, М,, Мир, 1975, с, 504-5О7,

/ (Г

м

N V .

f

to