Физическая лаборатория - Портис А.
Скачать (прямая ссылка):
Эффект, который здесь описай, пытались обнаружить ранее Гортер и Броер. Их эксперимент описан в статье [3), которая встретилась нам во время проведения данной работы. В действительности они искали скорее дисперсию, а не поглощение в LrCl и KF. Отрицательный результат их опыта можно объяснить, по-видимому, одной из следующих причин: а) приложенное переменное поле могло быть слишком сильным, а время релаксации настолько большим, что тепловое равновесие нарушалось прежде, чем эффект можно было наблюдать, б) при низких температурах, которые были нужны в их опыте для получения заметного изменения проницаемости, время релаксации могло быть столь большим, что тепловое равновесие никогда не наступало.
ЛИТЕРАТУРА
1. Rabi, Zacharias, Kusch, Phys. Rev. 53, 318 (1938).
2. I. Waller, Zs. Phys. 79, 370 (1932),
3. Gorter, Broer, Physica 9, 591 (1942).
285
Простые опыты по электронному спиновому резонансу в слабых магнитных полях*)
Рис. I. Осциллограмма резонанса в DPPH при частоте 19,1 Мгц.
В физических лабораториях для студентов последнего курса обычно имеется установка для определения отношения elm в скрещенных полях. Можно легко изготовить простую аппаратуру для наблюдения электронного спинового резонанса, если использовать катушки Гельмгольца **) из этой установки. С такой
аппаратурой можно выполнить ряд опытов по программе студенческих лабораторий.
В качестве резонансного детектора используется пороговый усилитель с частотой 20 Мгц на одной лампе 6АК5, аналогичный детектору для ЯМР [1]. Анодное напряжение этой лампы без дальнейшего усиления подавалось непосредственно на осциллограф. Образец весом в несколько сотен миллиграмм поликристаллического DPPH (1,1-дифенил-2-пикрил гидразин — химическое соединение со свободным радикалом, которое обычно используется в подобных опытах), помещенный в катушку с осциллирующим полем, дает низкочастотный сигнал, легко наблюдаемый на экране осциллографа с вертикальной чувствителг костью 20 мв/см. Фотография сигнала, который был получен с помощью описанной аппаратуры на DPPH при частоте 19,1 Мгц, приведена на рис. 1. Как показывает опыт, образец весом 100 мг Кбориаку будет давать почти такое же отноше- _о ние сигнала к шуму. Для наблюдения резонанса с помощью осциллографа магнитное поле модулируется звуковой частотой (обычно 60 гц). Для этого на постоянный ток катушки Гельмгольца накладывается составляющая звуковой частоты. Подобная аппаратура является упрощенным вариантом некоторых радиочастотных спектрометров со слабым магнитным полем [2, 3].
Для того чтобы устранить нежелательную модуляцию тока катушки частотой 60 гц, был изготовлен простой регулируемый источник питания. Он состоит из мощного эмиттерного повторителя, через который проходит ток до 1 а, питающий катушки Гельмгольца L
(соответствующее магнитное поле до 10 гс). Пульсации не превышают 10 мв. Потребление тока от батареи из трех элементов для карманного фонаря не
Рис. 2. Схема электрического питания. Величина тока в катушке ? определяется по падению напряжения на эталонном манганиновом сопротивлении ъ I ом.
*) А. В. G г о s s b е г g, Amer. J. Phys. 39, 927 (1962). **) Катушки Гельмгольца, которые использовались в этих опытах, имели радиус 10 см, количество витков на катушку — 120, сопротивление при последовательном включении — 3 ом.
превышает 20 лш при максимальном Токе катушки. Элементы можно заменить источником тока на основе диода Зенера. Схема источника питания представлена на рис. 2.
Эта аппаратура может быть непосредственно использована в качестве магнитометра. Например, с ее помощью можно осуществить измерение магнитного поля Земли и получить распределение поля по оси катушки Гельмгольца. В этом опыте вместо измерения частоты используется прямое вычисление резонансного поля ff0, исходя из размеров катушки и величины тока, так же, как и в эксперименте по определению elm. Для измерения магнитного поля Земли Н3 ось катушек Гельмгольца ориентируется параллельно этому полю. Измеряется ток катушки в резонансе (для двух направлений тока) при неизменной частоте генератора. Разность полей, вычисленная из этих измерений, соответствует удвоенной величине поля Земли.
Возможна точная установка поля Я0, если задать небольшую модуляцию и изменять ток в катушке, пока на осциллографе (при 120 \гц) не получится минимальный сигнал.
Воспроизводимость показаний магнитометра лучше, чем 2, процента. Поэтому имеется возможность провести измерения почти постоянного магнитного поля по оси катушек Гельмгольца. В каждой из точек на оси, отстоящих друг от друга на расстоянии 0,5 см, изменением тока катушки при постоянной частоте генератора устанавливается поле Яв. По мерс того, как DPPH-зонд перемещается от средней точки катушки, ток постепенно будет увеличиваться. Из этих измерений тока можно получить распределение аксиального поля, созданного постоянным током катушки. Затем изменение поля можно сравнить с теоретическим выражением [4].
Для того чтобы определить величину g по измерениям DPPH-резонанса, необходимо измерить частоту генератора. Для этой цели можно использовать калиброванный радиоприемник или измеритель частоты типа ВС-221. Величина g вычисляется по формуле для резонанса
