alive
Образовачей тред. Электронный парамагнитный резонанс. Сложная хуйня, но не очень. Начну с азов физики, потом чутка про эксперимент, а там и про применения.
Допустим есть какой-то материал, и в нем немного (для простоты) магнитных атомов, то есть у электронов на этих атомах есть магнитный момент, этакая стрелочка компаса, которая встает по магнитному полю. Так вот, мы поместим его в это магнитное поле и начнем светить на него излучением, почти как в микроволновке. Появится еще небольшое поле, приложенное перпендикулярно. Излучение, если помните, это электромагнитная волна, то есть в нем есть переменное магнитное поле. Оно немного отклонит стрелку (момент) и, так как оно переменное, то будет крутиться по кругу, а стрелка будет поворачиваться за ней (см. пикрелейтед 1). Но, тут очень важный момент, поле может крутиться слишком быстро и стрелка не будет успевать за ней, либо будет крутиться слишком медленно, тогда произойдет расфазировка, стрелки будут крутиться какбы в разнобой, их много больно. НО. У этой стрелки есть собственная частота, и если светить именно с этой частотой, то ВНЕЗАПНО произойдет резонансное поглощение. Как те солдаты, что своим топотом расхуяривают мост, ну вы поняли. Это с точки зрения обычной физики.
С точки зрения квантовой физики. Самый простой случай. Есть энергетический уровень (пикрелейтед 2). В отсутствии поля электрончику поебать как на нем сидеть. Т.е. на самом деле это два уровня с одинаковой энергией, но в присутвии поля выгоднее ориентироваться по полю —> уровень расщепляется на два. Величина этого расщепления энергии 1/2*g*mb*B. собственно g — g-фактор, параметр описывающий эту самую резонансную частоту. mb — константа, магнетон бора и B — величина поля. Когда энергия излучения hw = этой самой энергии расщепления, происходит, опять же, резонансное поглощение. Это в очень общих словах, разумеется в реальных системах все НАМНОГО сложнее. Более того, из изложенного даже не понятно как эти два описания соответствуют друг другу, но мне пох я сам хз. Шучу, просто это рили сложно и придется городить огород из тупых аналогий, чтобы донести до широкой аудитории, а я не хочу.
Теперь как это измерить. Чтобы записать этот резонанс (ты обычно не знаешь g), нужно при фиксированом одном параметре изменять другой. Существует две возможности: изменять поле или частоту. Изменять частоту очень тяжело. То есть изменять ее конечно можно, но при этом очень тяжело точно зафиксировать мощность излучения. Поэтому почти всегда изменяют поле при фиксированной частоте. Изменение поля = изменению тока катушек, что очень просто сделать точно на достаточно адекватной электронике. Теперь, как в анекдоте, опять существуют две возможности, измерять прошедшее или отраженное излучение. В первом случае (пикрелейтед 3) излучение проходит насквозь и захватывается датчиком, тогда в области резонанса до датчика дойдет не все излучение, а только часть. Profit. Эксперимент в отраженном излучении выгоден тем, что можно сделать резонатор (коробка такая маленькая из меди, пикрелейтед 4), и в нем очень точно зафиксировать частоту, дальше ты кладешь внутрь резонатора образец и точно так же регистрируешь мощность выходящую по второму каналу. При этом необходимые частоты это гигагерцы, опять же что в твоей микроволновке или роутере, частоты определяются той формулой 1/2*g*mb*B=hw, а не просто от балды, при этом g меняется в пределах 1-10, то есть в не очень больших. Есть схожее явление — ядерный магнитный резонанс, ЯМР. Это принципиально то же самое, НО ядерный магнитный момент сильно меньше, поэтому расщепление тоже меньше, и соответственно частоты там используются мегагерцовые, это уже ближе к радио, поэтому и методика там немного другая.
Файнали. Накой оно вообще надо? Дело в том, что параметры резонанса дают очень много информации о системе, так как окружающие атомы, электроны и прочая муть будут очень и очень сильно влиять на положение, ширину и даже на число линий. В твердом теле есть огромное количество внутренних взаимодействий, которые, грубо говоря могут еще расщепить линию, и видно будет не один переход, а over1 (пикрелейтед 5). ЯМР как известно используется в томографии, то есть идентификация атомов в человеке, в зависимости от того че врачу надо. ЭПР тоже не так прост и используется, например, для контроля качества пива — http://www.magnettech.de/applications/beer-analysis.html. ЭПР по анлийски ESR если что. Разумеется основное применение обоих эффектов полу фундаментальное, исследуются различные кристаллы, и добывается информация которую нельзя добыть другим путем. Для примера пресрелиз нашей статьи https://www.popmech.ru/science/306072-derzkiy-geksaborid-tseriya-snova-brosil-vyzov-fizikam/самореклама — зашквар, деанон атата.
В настоящей физике стараются опуститься до очень низких температур, чтобы не мешал беспорядок, который может сильно портить эксперимент, плюс там внизу физика интересней, но, как и сказал, есть применения вполне себе при комнатных температурах. В основном на производствах и у всяких биологов-химиков. Между прочим открыл советский физик Константие Завойский, так что гордитесь епт. И в Казани целая агломерация физиков-эпээршиков которую он основал, так что если хотите заниматься — пиздуйте. И нет я не оттуда, и не реклама, а просто чет вспомнилось. Бонусом одна из топовых установок в мире, хоть и выглядит как будто сбежала из союза. Уже ее светил, но тут другой контекст. #Лурк_образовательный #паста #lurkopub #lm