[实用新型]微波电子自旋共振实验装置

说明书

本实用新型属于物理实验装置，具体为一种微波电子自旋共振实验装置。包括磁铁、高斯计、线圈、交流电源、微波信号源、隔离器、环形器、晶体检波器、示波器、微波频率计、矩形谐振腔和可变短路器；微波信号源、隔离器、环形器、微波频率计、矩形谐振腔和可变短路器依次连接；晶体检波器设置于环形器的侧面端口，且同示波器连接；所述磁铁两磁极间隙的中央与矩形谐振腔内的中心重合，高斯计的探头设置于矩形谐振腔内的中心位置；线圈缠绕于磁铁上，并同交流电源连接供电，且设置线圈产生的磁场的方向与磁铁两磁极间的磁场一致。本实用新型结构简单，易于操作，实现效率高。

技术领域

本实用新型属于物理实验装置，具体涉及一种微波电子自旋共振实验装置。

背景技术

电子自旋共振是指处于恒定磁场中的电子自旋磁矩在射频电磁场作用下发生的一种磁能级间的共振跃迁现象，它在化学、物理、生物和医学等各方面都获得了极其广泛的应用，例如发现过渡族元素的离子、研究半导体中的杂质和缺陷、离子晶体的结构、金属和半导体中电子交换的速度以及导电电子的性质等，是一种重要的近代物理实验技术。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种以微波作为射频电磁场的电子自旋共振实验装置。

本实用新型提供的微波电子自旋共振实验装置，包括：磁铁2、高斯计3、线圈4、交流电源5、微波信号源6、隔离器7、环形器8、晶体检波器9、示波器10、微波频率计11、矩形谐振腔12和可变短路器13；

其中，微波信号源6、隔离器7、环形器8、微波频率计11、矩形谐振腔12和可变短路器13依次连接；

所述晶体检波器9设置于环形器8的侧面端口，且同示波器10连接；

所述矩形谐振腔12为矩形直波导管，其一端通过设置一片带有小孔的金属片封闭，再同微波频率计11连接，另一端直接与可变短路器13相连接；

所述磁铁2两磁极间隙的中央与矩形谐振腔12内的中心重合，高斯计3的探头设置于矩形谐振腔12内的中心位置，即高斯计3的探头同时位于磁铁2两磁极间隙的中央；线圈4缠绕于磁铁2上，并同交流电源5连接供电，且设置线圈4产生的磁场的方向与磁铁两磁极间的磁场一致。

本实用新型中，实验样品为原子固有磁矩不为零的顺磁材料，设置于矩形谐振腔内的中心位置；磁铁用于为实验样品提供一个恒定磁场；交流电源为线圈供电，在磁铁提供的恒定磁场上叠加一交变磁场；微波信号源发射微波，作用于磁场中的实验样品，使样品的电子自旋磁矩发生磁能级间的共振跃迁；隔离器用于隔离微波源与反射波；环形器使微波沿指定方向定向传输；晶体检波器可将微波信号转变为电信号，用于检测反射回来的微波强度；示波器与晶体检波器间通过线缆相连，用于观察实验样品在共振条件下的吸收谱线；微波频率计用于测量微波频率；矩形谐振腔为一段矩形直波导管，其一端用中心带有一小孔的金属片封闭，另一端与可变短路器相连接，中间放置实验样品；可变短路器用于调节短路面的位置，可使矩形微波在谐振腔的金属片与可变短路器的短路面间形成驻波。

实验时，微波信号源发射的微波经由隔离器、环形器、微波频率计进入矩形谐振腔，作用于实验样品，微波频率由微波频率计测量，调节可变短路器短路面的位置，能使得微波在矩形谐振腔内形成驻波，再往反方向通过矩形谐振腔一端金属片上的小孔、微波频率计、环形器进入到晶体检波器，使微波的强弱信号显示于示波器上。磁铁可以是永磁铁或者电磁铁，磁感应强度由高斯计测量，为使实验样品发生电子自旋共振现象，其产生磁场的磁感应强度与微波信号源发射的微波频率呈一定关系，交流电源通过线圈产生的磁场叠加于磁铁产生的磁场上，该叠加磁场的磁感应强度在到达使微波作用下的实验样品发生电子自旋共振现象的瞬间，即可在示波器上观察到实验样品的电子自旋磁矩在共振跃迁时吸收微波能量而产生的吸收峰。

本实用新型结构简单，易于操作，实验效率高。

附图说明

图1是本实用新型的结构图示。