Kỹ thuật phân tích vật liệu rắn EPR

1. CBHD: GS.TS Lê Khắc Bình
Nhóm thực hiện:
1. Lê Hoàng Nam
2. Trịnh Thị Quỳnh Như
3. Đào Vân Thúy
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG
BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG
Kỹ thuật phân tích vật liệu rắn
Kỹ thuật phân tích vật liệu rắn
Sermina
Sermina
Đề tài:

2.  Học liệu mở tiếng Việt:
Học liệu mở tiếng Việt:
http://mientayvn.com/OCW/MIT/Vat_li.html
http://mientayvn.com/OCW/MIT/Vat_li.html

3. Giôùi thieäu
NOÄI DUNG
Nguyeân taéc cuûa phöông phaùp EPR
EPR spectrometer
ÖÙng duïng cuûa EPR

4. Cộng hưởng thuận từ (electron
paramagnetic resonance – EPR) được
khám phá vào năm 1945 bởi nhà khoa học
Zavoisky.
EPR được ứng dụng rộng rãi trong hóa
học, vật lý, sinh học và y học…
EPR được ứng dụng để nghiên cứu cấu trúc
của chất lỏng, chất rắn và rất hữu ích trong
việc nghiên cứu quá trình động.
Zavoisky
Gi i thi u
ớ ệ

5. Trong töø tröôøng B, Hi u ng Zeeman laøm cho caùc möùc naêng
ệ ứ
löôïng laøm nguyeân töû coù moâ-men MJ coù naêng löôïng phuï
∆E = - MJB B
trong ñoù MJB laø thaønh phaàn chieáu cuûa vec-tô leân chieàu cuûa töø
tröôøng
MJB = - g µB mJ
Do ñoù, ∆E = g µB mJ B
Nguyeân taéc cuûa phöông phaùp EPR
Khi chöa coù töø tröôøng ngoaøi, caùc traïng thaùi cuûa nguyeân töû coù J xaùc ñònh
( nguyeân töû coù moâ-men töø MJ ) coù cuøng naêng löôïng E0 naøo ñoù. Möùc
naêng löôïng E0 khi ñoù coù söï suy bieán theo soá löôïng töû mJ ( ñoä suy bieán
baèng 2J + 1 ).
möùc naêng löôïng 2S+1
LJ taùch thaønh 2J + 1 möùc caùch ñeàu
nhau. Ñoä lôùn cuûa söï taùch naøy phuï thuoäc vaøo cöôøng ñoä töø
tröôøng B vaø vaøo thöøa soá Landeù , nghóa laø phuï thuoäc vaøo caùc soá
löôïng töû L, S vaø J cuûa möùc ñang xeùt.

6. Söï taùch möùc naêng löôïng Zeeman trong töø tröôøng.
Ñoä taùch möùc tyû leä tuyeán tính vôùi cöôøng ñoä töø tröôøng B.
Söï chuyeån dôøi giöõa hai möùc naêng löôïng khi haáp thuï naêng
löôïng cuûa böùc xaï vi ba
h ν = g µB B.
gµBB
Ñöôøng haáp thuï
Nguyeân taéc cuûa phöông phaùp EPR

7. 3
F
1
D
3
P
1
G
1
S
~ eV
Töû ngoaïi
104
cm-1
0,1 eV
Hoàng ngoaïi xa
(100 cm-1
)
J = 4
J = 3
J = 2
mJ
2
1
0
-1
-2
0,1 meV
Vi ba (1 cm-1
)
ion töï do d2
töông taùc spin-quyõ ñaïo trong B
1 cm-1
= 1,24 . 10-4
eV
Nguyeân taéc cuûa phöông phaùp EPR

8. Phöông phaùp coäng höôûng thuaän töø electron (EPR) - coøn
ñöôïc goïi laø coäng höôûng spin electron (ESR) - ño söï haáp thuï
böùc xaï vi ba töông öùng vôùi ñoä taùch naêng löôïng cuûa electron
khoâng coù ñoâi khi ñaët noù vaøo trong töø tröôøng.
Nguyeân taéc cuûa phöông phaùp EPR
(a) Schematic representation of a single electron spin in a steady
magnetic field H0 (b) Corresponding energy-level scheme.

9. Böùc xaï tôùi hv bò haáp thuï bôûi caùc electrons trong möùc naêng löôïng thaáp
laøm cho chuùng nhaûy leân traïng thaùi coù naêng löôïng cao hôn ñoàng thôøi cuõng
coù böùc xaï cöôõng böùc laøm cho electron nhaûy xuoáng möùc thaáp.
Vì caùc heä soá haáp thuï vaø böùc xaï cöôõng böùc baèng nhau neân seõ khoâng coù
haáp thuï khi caùc spin phaân boá ñeàu giöõa hai möùc ñoù. Tuy nhieân noàng ñoä n1
cuûa traïng thaùi cô baûn lôùn hôn n2
noàng ñoä cuûa traïng thaùi kích thích neân
coù söï haáp thuï toång coäng böùc xaï vi ba.
Tyû soá cuûa caùc noàng ñoä coù theå ñöôïc moâ taû bôûi phaân boá Boltzmann
Vaät lieäu chöùa caùc moâmen töø nguyeân töû thoûa maõn phaân boá Boltzmann
ñöôïc goïi laø chaát thuaän töø.
Vì E = hv khi coâng höôûng, ñoä nhaïy cuûa kyõ thuaät EPR taêng khi duøng taàn
soá cao cuûa böùc xaï vaø haï thaáp nhieät ñoä ño.
)
exp(
2
1
kT
E
n
n ∆
−
=
Nguyeân taéc cuûa phöông phaùp EPR

10. Thoaït nhìn, coù theå nghó phoå coäng höôûng cuûa electron khoâng coù
ñoâi khi naøo cuõng nhö nhau.
Treân thöïc teá khoâng phaûi nhö vaäy vì traïng thaùi töø cuûa electron
bò thay ñoåi bôûi moâi tröôøng xung quanh noù. Chính söï thay ñoåi
naøy cho pheùp nghieân cöùu caáu truùc cuûa vaät lieäu ñang nghieân
cöùu.
Ñöôøng coäng höôûng bò môû roäng. Thöïc teá ñoä roäng cuûa ñöôøng töø
vaøi milligauss cho caùc goác töï do trong dung dòch ñeán 1000
gauss cho vaøi hôïp kim loaïi chuyeån tieáp trong traïng thaùi raén.
Nguyeân taéc cuûa phöông phaùp EPR

11. Töông taùc hyperfine laø töông taùc giöõa moâmen töø cuûa 1 electron
vôùi moâmen töø cuûa haït nhaân.
Giaûn ñoà naêng löôïng cho moät chaát thuaän töø vôùi S=1/2 vaø I=1/2
Phoå EPR tuaân theo quy taéc loïc löïa ∆ms
= ±1, ∆mI
= 0,
Töông taùc sieâu tinh teá(hyperfine)
Moâmen töø haït nhaân trong töø tröôøng coù (2I+1) ñònh höôùng ñöôïc pheùp
Töø tröôøng lieân quan ñeán moâmen töø haït nhaân coù theå coäng theâm hoaëc
tröø ñi töø tröôøng ngoaøi taùc duïng leân heä spin electron

12. MS=±½
MS=-½
MS=+½
Electron
S(½)
MI=+½
MI=-½
MI=-½
MI=+½
Nucleus
I (½)
Quy taéc loïc löïa
∆MS = ±1; ∆MI = 0
Töø tröôøng
S=½; I=½
Doublet
Töông taùc sieâu tinh teá
Töông taùc sieâu tinh teá

13. MS=±½
MS=-½
MS=+½
Electron
S (½)
MS = ±½
MI=+1
MI=-1
MI=-1
MI=+1
Nucleus
I (1)
MI=0,±1
Quy taéc loïc löïa
∆MS = ±1; ∆MI = 0
Magnetic Field
S=½; I=1
Triplet
MI= 0
MI= 0
Töông taùc sieâu tinh teá
Töø tröôøng
Töông taùc sieâu tinh teá

14. Coù theå thu theâm thoâng tin khi xeùt ñeán thôøi gian hoài phuïc.
Coù theå ño ñöôïc 2 thôøi gian quan troïng sau :
 T1 thôøi gian hoài phuïc spin-maïng lieân quan ñeán söï trôû laïi
traïng thaùi caân baèng nhieät cuûa caùc electron ( hay haït nhaân
trong PP NMR ) bò kích thích bôûi söï haáp thuï naêng löôïng ñieän
töø .
 T2 laø thôøi gian hoài phuïc spin-spin lieân quan ñeán söï khoâng
ñoàng boä veà pha cuûa söï tieán ñoäng cuûa caùc electron bò kích thích
( hoaëc haït nhaân trong phöông phaùp NMR ) quanh chieàu cuûa töø
tröôøng.
Caùc quaù trình hoài phuïc
Tải bản FULL (file ppt 32 trang): bit.ly/2YMSAVE
Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net

15. Töông taùc
trao ooåi
SPIN
Caùc spin
khaùc
MAÏNG TINH THEÅ
T2
T1
T1
*
T2 ≤ T1 Thöôøng T2 << T1
T1 vaø T2 lieân quan ñeán hai quaù trình hoài phuïc ñoäc laäp xaåy ra
ñoàng thôøi
Caùc quaù trình hoài phuïc
Tải bản FULL (file ppt 32 trang): bit.ly/2YMSAVE
Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net

16. Taàn soá Töø tröôøng Tyû soá laáp ñaày
9.5 GHz 3390 G 0.9985
1.0 GHz 356.8 G 0.99985
250 MHz89.2 G 0.99996






−
−
+
= kT
E
e
N
N
∆
ÔÛ nhieät ñoä phoøng soá spin ôû möùc naêng löôïng thaáp vaø cao gaàn nhö
baèng nhau
Hieän töôïng baõo hoøa
Vì hai möùc spin coù ñoä laáp ñaày khaù nhö nhau, phöông phaùp coäng
höôûng töø gaëp khoù khaên khi duøng böùc xaï maïnh : Tröôøng böùc xaï
maïnh seõ laøm caân baèng ñoä laáp ñaày giöõa hai möùc --> söï haáp thuï roøng
giaûm : Hieän töôïng “baõo hoøa”.
4252772
4252772