Микроволновая спектроскопия
Микроволновая спектроскопия — это метод спектроскопии , который использует микроволны , то есть электромагнитное излучение на частотах ГГц, для изучения вещества.
История [ править ]
Молекула аммиака NH 3 имеет форму пирамиды высотой 0,38 Å с равносторонним треугольником водородов, образующим основание. Азот, расположенный на оси, имеет два эквивалентных положения равновесия выше и ниже треугольника водородов, и это повышает возможность азот туннелирует вверх и вниз через плоскость атомов водорода. В 1932 году Деннисон и др. ... проанализировал колебательную энергию этой молекулы и пришел к выводу, что колебательная энергия будет разделена на пары из-за присутствия этих двух положений равновесия. В следующем году Райт и Рэндалл наблюдали... расщепление на 0,67 см. –1 в дальних инфракрасных линиях, соответствующих частоте 20 ГГц, значению, предсказанному теорией. В 1934 году Клитон и Уильямс ... сконструировали решеточный эшель-спектрометр, чтобы напрямую измерить это расщепление, тем самым положив начало области микроволновой спектроскопии. Они наблюдали несколько асимметричную линию поглощения с максимумом на частоте 24 ГГц и полной шириной на половине высоты 12 ГГц. [1]
В молекулярной физике [ править ]
В области молекулярной физики микроволновая спектроскопия обычно используется для исследования вращения молекул. [2]
В физике конденсированного состояния [ править ]
В области физики конденсированного состояния микроволновая спектроскопия используется для обнаружения динамических явлений зарядов или спинов на частотах ГГц (соответствующих наносекундным временным масштабам) и энергетических масштабах в режиме мкэВ. В соответствии с этими энергетическими шкалами микроволновая спектроскопия твердых тел часто выполняется в зависимости от температуры (вплоть до криогенных режимов в несколько К или даже ниже). [3] и/или магнитное поле (с полями до нескольких Тл). Спектроскопия традиционно рассматривает частотно-зависимый отклик материалов, а при изучении диэлектриков микроволновая спектроскопия часто охватывает большой диапазон частот. Напротив, для проводящих образцов, как и для магнитного резонанса, обычными являются эксперименты на фиксированной частоте (с использованием высокочувствительного микроволнового резонатора ), [4] но возможны также частотно-зависимые измерения. [5]
Зондирующие заряды в конденсированного состояния физике
Для изоляционных материалов (как твердых, так и жидких), [6] Исследование динамики заряда с помощью микроволн является частью диэлектрической спектроскопии .Среди проводящих материалов сверхпроводники представляют собой класс материалов, который часто изучают с помощью микроволновой спектроскопии, предоставляя информацию о глубине проникновения (определяемой сверхпроводящим конденсатом), [4] [7] энергетическая щель (одночастичное возбуждение куперовских пар ) и динамика квазичастиц. [8]
Другой класс материалов, который был изучен с помощью микроволновой спектроскопии при низких температурах, - это тяжелые фермионные металлы со скоростями друдевской релаксации на частотах ГГц. [5]
Зондирование спинов в конденсированного состояния физике
Микроволны, падающие на материю, обычно взаимодействуют как с зарядами, так и со спинами (через компоненты электрического и магнитного поля соответственно), при этом зарядовый отклик обычно намного сильнее, чем спиновый отклик. Но в случае магнитного резонанса спины можно исследовать напрямую с помощью микроволн. Для парамагнетиков этот метод называется электронным спиновым резонансом (ЭПР) , а для ферромагнитных материалов – ферромагнитным резонансом (ФМР) . [9] В парамагнитном случае такой эксперимент исследует зеемановское расщепление с линейной зависимостью между статическим внешним магнитным полем и частотой зондирующего микроволнового поля. Популярная комбинация, реализованная в коммерческих ЭПР-спектрометрах Х-диапазона , составляет примерно 0,3 Тл (статическое поле) и 10 ГГц (микроволновая частота) для типичного материала с g-фактором электронов, близким к 2.
Ссылки [ править ]
- ^ Итон, Гарет Р.; Итон, Сандра С.; Салихов, Кев (1998). «Глава A.2. готовят путь к парамагнитному резонансу Чарльз П. Пул-младший и Орасио А. Фарах » . Основы современной ЭПР . Всемирная научная. стр. 13–24. ISBN 9789814496810 . (цитата со стр. 15 — Норман Райт работал в физической лаборатории Dow Chemical Company в Мидленде, штат Мичиган. Он был удостоен Питтсбургской премии по спектроскопии за 1958 год.)
- ^ Горди, В. (1970). А. Вайсбергер (ред.). Микроволновые молекулярные спектры в технике органической химии . Том. IX. Нью-Йорк: Межнаучный.
- ^ Крупка, Дж.; и др. (1999). «Комплексная диэлектрическая проницаемость некоторых диэлектрических кристаллов со сверхмалыми потерями при криогенных температурах». Измер. наук. Технол . 10 (5): 387–392. Бибкод : 1999MeScT..10..387K . дои : 10.1088/0957-0233/10/5/308 . S2CID 250923165 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Харди, Западная Нью-Йорк; и др. (1999). «Прецизионные измерения температурной зависимости λ в YBa 2 Cu 3 O 6,95 : убедительные доказательства наличия узлов в функции зазора». Физ. Преподобный Летт . 70 (25): 3999–4002. Бибкод : 1993PhRvL..70.3999H . doi : 10.1103/PhysRevLett.70.3999 . ПМИД 10054019 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Шеффлер, М.; и др. (2013). «Микроволновая спектроскопия систем тяжелых фермионов: исследование динамики зарядов и магнитных моментов». Физ. Статус Солиди Б. 250 (3): 439–449. arXiv : 1303.5011 . Бибкод : 2013ПССБР.250..439С . дои : 10.1002/pssb.201200925 . S2CID 59067473 .
- ^ Каатце, У.; Фельдман, Ю. (2006). «Широкополосная диэлектрическая спектрометрия жидкостей и биосистем». Измер. наук. Технол . 17 (2): С17–Р35. Бибкод : 2006MeScT..17R..17K . дои : 10.1088/0957-0233/17/2/R01 . S2CID 121169702 .
- ^ Хасимото, К.; и др. (2009). «Глубина проникновения микроволнового излучения и квазичастичная проводимость монокристаллов PrFeAsO 1-y : свидетельства существования полнощелевого сверхпроводника». Физ. Преподобный Летт . 102 (1): 017002.arXiv : 0806.3149 . Бибкод : 2009PhRvL.102a7002H . doi : 10.1103/PhysRevLett.102.017002 . ПМИД 19257228 . S2CID 41994664 .
- ^ Хоссейни, А.; и др. (1999). «Микроволновая спектроскопия термически возбужденных квазичастиц в YBa 2 Cu 3 O 6,99 ». Физ. Преподобный Б. 60 (2): 1349–1359. arXiv : cond-mat/9811041 . Бибкод : 1999PhRvB..60.1349H . дои : 10.1103/PhysRevB.60.1349 . S2CID 119403711 .
- ^ Фарле, М. (1998). «Ферромагнитный резонанс сверхтонких металлических слоев». Реп. прог. Физ . 61 (7): 755–826. Бибкод : 1998РПФ...61..755Ф . дои : 10.1088/0034-4885/61/7/001 . S2CID 250914765 .