Spektroskopia mikrofalowa - Microwave spectroscopy
Spektroskopia mikrofalowa jest metodą spektroskopową , w której do badania materii wykorzystuje się mikrofale , czyli promieniowanie elektromagnetyczne o częstotliwościach GHz.
Historia
Cząsteczka amoniaku NH 3 ma kształt piramidy o wysokości 0,38 Å, z trójkątem równobocznym wodorów tworzącym podstawę. Azot znajdujący się na osi ma dwie równoważne pozycje równowagi powyżej i poniżej trójkąta wodorów, co stwarza możliwość tunelowanie azotu tam iz powrotem. W 1932 Dennison i in. ... przeanalizował energię wibracji tej cząsteczki i doszedł do wniosku, że energia wibracji zostanie podzielona na pary przez obecność tych dwóch pozycji równowagi. W następnym roku Wright i Randall zaobserwowali... rozszczepienie 0,67 cm- 1 w liniach dalekiej podczerwieni, co odpowiada ν = 20 GHz, wartości przewidywanej przez teorię.
W 1934 Cleeton i Williams ... skonstruowali spektrometr echelette z siatką w celu bezpośredniego pomiaru tego rozszczepienia, rozpoczynając w ten sposób dziedzinę spektroskopii mikrofalowej. Zaobserwowali nieco asymetryczną linię absorpcji z maksimum przy 24 GHz i pełną szerokością w połowie wysokości 12 GHz.
W fizyce molekularnej
W dziedzinie fizyki molekularnej spektroskopia mikrofalowa jest powszechnie stosowana do badania rotacji cząsteczek.
W fizyce materii skondensowanej
W dziedzinie fizyki materii skondensowanej spektroskopia mikrofalowa jest wykorzystywana do wykrywania zjawisk dynamicznych zarówno ładunków, jak i spinów przy częstotliwościach GHz (odpowiadających skalom czasowym nanosekund) oraz skalach energii w reżimie µeV. Dopasowując się do tych skal energetycznych, spektroskopia mikrofalowa ciał stałych jest często wykonywana w funkcji temperatury (aż do reżimów kriogenicznych rzędu kilku K lub nawet niższych) i/lub pola magnetycznego (z polami do kilku T). Spektroskopia tradycyjnie uwzględnia odpowiedź materiałów zależną od częstotliwości, aw badaniach dielektryków spektroskopia mikrofalowa często obejmuje szeroki zakres częstotliwości. W przeciwieństwie do tego, w przypadku próbek przewodzących, a także rezonansu magnetycznego, eksperymenty przy stałej częstotliwości są powszechne (przy użyciu bardzo czułego rezonatora mikrofalowego ), ale możliwe są również pomiary zależne od częstotliwości.
Badanie ładunków w fizyce materii skondensowanej
W przypadku materiałów izolacyjnych (zarówno stałych, jak i ciekłych) badanie dynamiki ładunku za pomocą mikrofal jest częścią spektroskopii dielektrycznej . Wśród materiałów przewodzących, nadprzewodniki są klasą materiałów, która jest często badana za pomocą spektroskopii mikrofalowej, dając informacje o głębokości penetracji (zarządzanej przez kondensat nadprzewodzący), przerwie energetycznej (wzbudzenie pojedynczych cząstek par Coopera ) i dynamice quasicząstek.
Inną klasą materiałów, którą zbadano przy użyciu spektroskopii mikrofalowej w niskich temperaturach, są ciężkie metale fermionowe z szybkościami relaksacji Drudego przy częstotliwościach GHz.
Badanie spinów w fizyce materii skondensowanej
Mikrofale uderzające w materię zwykle oddziałują z ładunkami, jak również ze spinami (odpowiednio poprzez składowe pola elektrycznego i magnetycznego), przy czym odpowiedź ładująca jest zwykle znacznie silniejsza niż odpowiedź spinowa. Ale w przypadku rezonansu magnetycznego spiny można bezpośrednio badać za pomocą mikrofal. W przypadku materiałów paramagnetycznych technika ta nazywana jest elektronowym rezonansem spinowym (ESR), a w przypadku materiałów ferromagnetycznych rezonansem ferromagnetycznym (FMR) . W przypadku paramagnetycznym taki eksperyment bada rozszczepienie Zeemana , z liniową zależnością między statycznym zewnętrznym polem magnetycznym a częstotliwością sondującego pola mikrofalowego. Popularna kombinacja, stosowana w komercyjnych spektrometrach ESR w paśmie X , to około 0,3 T (pole statyczne) i 10 GHz (częstotliwość mikrofal) dla typowego materiału o współczynniku g bliskim 2.
Bibliografia
 |
Ten artykuł związany z fizyką jest skrótem . Możesz pomóc Wikipedii, rozwijając ją . |