3.7.5. Другие методы радиоспектроскопии

Циклотронный резонанс (ЦР) наблюдается в металлах и полупро- водниках, помещенных в магнитное поле, при совпадении частоты вол- ны с циклотронной частотой носителей тока. Обусловлен переходами между орбитальными уровнями электронов проводимости, образован- ных их взаимодействием с полем.

Спектр ЦР в металлах определяется энергетическим спектром электронов проводимости в полупроводниках, зонной структурой, кон- центрацией, подвижностью и эффективной массой электронов и дырок.

ЦР в полупроводниках наблюдается на частотах примерно 10 10

– 10

11 Гц в полях 1–10 кЭ. При ЦР наблюдается резкое возрастание элек-

тропроводности проводников.

112

Циклотронный резонанс широко применяется в физике твѐрдого тела при изучении энергетического спектра электронов проводимости (например, для точного измерения их эффективной массы m*), даѐт возможность определить закон дисперсии, знак заряда носителей, кон- центрацию, времена жизни; позволяет изучить механизм рассеяния но- сителей заряда. ЦР применяют в технике СВЧ для генерации и усиления электромагнитных колебаний. Преимуществом ЦР по сравнению с дру- гими методами является его избирательность – возможность подбором частоты выделить определенную группу носителей заряда в образце.

Ферромагнитный резонанс (ФР) наблюдается в магнитоупорядо- ченных средах (резонансное поглощение радиоволн, связанное с кол- лективным движением магнитных моментов электронов). Диапазон ре- зонансных частот обычно 10

10 –10

13 Гц. Проявляется в избирательном

поглощении ферромагнетиком энергии электромагнитного поля при ча- стотах, совпадающих с собственными частотами прецессии магнитных моментов электронной системы ферромагнитного образца во внутрен- нем эффективном магнитном поле.

Спектр определяется взаимодействием электронов с внешним маг- нитным полем, анизотропией и размагничивающими факторами, а в ан- тиферромагнетиках также обменным взаимодействием.

Изучение ФР привело к созданию на его основе СВЧ-устройств (вентилей, циркуляторов, генераторов, усилителей, параметрических преобразователей частоты и ограничителей мощности).

Микроволновая спектроскопия исследует переходы между уровня- ми энергии, обусловленными: вращательными движениями молекул, обладающих постоянным дипольным электрическим моментом; тонкой структурой колебательных уровней, вызванной инверсными движения- ми в молекулах типа аммиака; тонкой структурой вращательных уров- ней, связанной с взаимодействием квадрупольных моментов ядер с не- однородными молекулярными электрическими полями.

В микроволновой радиоспектроскопии исследуются газы. Резо- нансное поглощение обычно наблюдается в диапазоне 10

10 –10

11 Гц.

Микроволновую спектроскопию используют для получения точных значений ряда атомных и молекулярных констант (например, моментов инерции молекул, величин сверхтонкого расщепления уровней энергии в атомах, дипольных моментов молекул), сведений о строении и дина- мике молекул, их химическом и изотопном составе. Исследования уши- рения и сдвига молекулярных и атомных линий при соударениях в газе дают информацию о взаимодействиях частиц.

113

Контрольные вопросы

1. В чем сущность ядерного магнитного резонанса (ЯМР)? 2. Какие ядра обладают парамагнитными, и какие диамагнитными

свойствами? 3. Как рассчитывается химический сдвиг, что он характеризует? 4. В чем сущность качественного и структурного анализа по спектрам

ЯМР? 5. Какие методы количественного анализа используют в ЯМР? 6. В чем сущность: а) метода эталонной шкалы; б) метода градуиро-

вочного графика; в) метода добавок? 7. Принципиальная схема ЯМР-спектрометра. 8. Шкала химических сдвигов в спектроскопии ЯМР. 9. Взаимодействие спинового магнитного момента ядра и электрона

с внешним магнитным полем: классический и квантово- механический подход. Условие ядерного магнитного и электронно- го парамагнитного резонанса

10. Принципы спектроскопии электронного парамагнитного (спиново- го) резонанса. Условие ЭПР.

11. g-фактор и его значение. 12. Блок-схема спектрометра ЭПР. 13. Достоинства и ограничения метода ЭПР. 14. Электрический квадрупольный момент ядер. 15. Приложения метода ЯКР и его возможности. 16. Методические особенности метода ЯКР.