PHÁT HIỆN SPIN điện tử TRONG LIÊN kết lơ LỬNG c c của NANO KIM CƯƠNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỘNG HƯỞNG THUẬN từ điện tử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN PHÁT HIỆN SPIN ĐIỆN TỬ TRONG LIÊN KẾT LƠ LỬNG C-C CỦA NANO KIM CƯƠNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỘNG HƯỞNG TH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH

CỘNG HƯỞNG THUẬN TỪ ĐIỆN TỬ

Mã số đề tài: SV 05.2018

Họ, tên sinh viên chịu trách nhiệm chính: Phạm Ngọc Thanh Thủy Ngành học: Sư phạm Vật lí Khóa học: K57 Khoa: Khoa học Tự nhiên

Quảng Bình, năm 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

PHÁT HIỆN SPIN ĐIỆN TỬ TRONG LIÊN KẾT LƠ LỬNG C-C CỦA NANO KIM CƯƠNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP

CỘNG HƯỞNG THUẬN TỪ ĐIỆN TỬ

Mã số đề tài: SV 05.2018

Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học tự nhiên và kỹ thuật

Họ, tên sinh viên chịu trách nhiệm chính: Phạm Ngọc Thanh Thủy

Khoa: Khoa học Tự nhiên

Giảng viên hướng dẫn: T.S Nguyễn Thị Thanh Bình

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Đây là công trình nghiên cứu độc lập của riêng tôi Các kết quả phân tích được cung cấp tại “Technolog” của viện công nghệ Saint –Peterburg, Nga, số liệu được xử lí dưới sự hướng dẫn của Ts Nguyễn Thị Thanh Bình và chưa được công bố trong bất kì tài liệu nào

Sinh viên

PHẠM NGỌC THANH THỦY

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC HÌNH iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU v

DANH MỤC CÁC KÍ TỰ VIẾT TẮT vi

LỜI CẢM ƠN vii

A MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Đối tượng, phạm vi 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

6 Cấu trúc của đề tài 2

B NỘI DUNG 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 3

1.1 Spin điện tử 3

1.2 Cộng hưởng thuận từ - một phương pháp để ghi các spin không ghép đôi 4

1.2.1 Electron trong từ trường 4

1.2.2 Phương pháp cộng hưởng thuận từ điện tử 6

1.2.3 Các đặc trưng cơ bản của phổ EPR cộng hưởng thuận từ 7

1.2.4 Độ hoàn thiện của cấu trúc tinh thể và phổ cộng hưởng thuận từ EPR 15

1.3 Nano kim cương 15

1.3.1 Tổng hợp nano kim cương 15

1.3.2 Hình thái và cấu trúc của nano kim cương 17

1.3.3 Tính chất và ứng dụng của nano kim cương 19

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 22

2.1 Thiết bị thực nghiệm 22

2.2 Mẫu đo 22

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 23

3.1 Phổ cộng hưởng thuận từ của bột nano kim cương và các thông số cơ bản 23

3.2 Ảnh hưởng của công suất sóng siêu cao tần lên cách hành xử của hệ spin trong bột nano kim cương 24 3.3 Tính toán thời gian phục hồi thuận từ của hệ spin trong bột nano kim cương 24

C KẾT LUẬN 27

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Spin up và spin down 4

Hình 1.2 Sự tách mức năng lượng của electron phụ thuộc vào từ trường B 5

Hình 1.3 Quy tắc lọc lựa 6

Hình 1.4 Tín hiệu EPR 9

Hình 1.5 Phổ tín hiệu EPR 10

Hình 1.6 Phổ EPR dạng Lorentz 11

Hình 1.7 Phổ EPR dạng Gauss 12

Hình 1.8 Bột nano kim cương được chụp bằng kính hiển vi điện tử truyền quét 18

Hình 3.1 Phổ tín hiệu EPR của bột nano kim cương 23

Hình 3.2 Các liên kết lơ lửng trong đứt gãy liên kết và lỗ khuyết trong mạng kim cương 23

Hình 3.3 Sự phụ thuộc biên độ tín hiệu EPR vào thành phần B1 của sóng siêu cao tần 24

Hình 3.4 Các quá trình hồi phục của spin 25

Hình 3.5 Tâm P1 - nguyên tử Nito thay thế nguyên tử carbon ở vị trí nút mạng 26

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Các đơn vị cấu trúc của khối kế DND 19 Bảng 1.2 Tính chất của kim cương và một số vật liệu bán dẫn quan trọng 20

Resonance Cộng hưởng thuận từ điện tử

nguyên tử

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:

- Ban giám hiệu trường Đại học Quảng Bình đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất về cơ sở vật chất, thời gian và các điều kiện khác để chúng em có thể tiến hành đề tài đúng thời hạn

- Phòng Quản lý khoa học trường đại học Quảng Bình đã dành cho sinh viên một sân chơi kiến thức bổ ích, giúp chúng em có điều kiện nghiên cứu, học hỏi kinh nghiệm lẫn nhau về vấn đề nghiên cứu khoa học

- Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới cô giáo TS Nguyễn Thị Thanh Bình, người

đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện giúp em trong quá trình hoàn thành đề tài của mình

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, nên kết quả nghiên cứu có thể còn nhiều điều chưa thực hiện được như mong muốn Vì vậy, em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo, các bạn sinh viên để báo cáo của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn! Đồng Hới, tháng 5 năm 2019 Sinh viên

Phạm Ngọc Thanh Thủy

A MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Cộng hưởng thuận từ điện tử (Electron Paramagnetic Resonance EPR) được quan sát lần đầu tiên vào năm 1944 bởi nhà khoa học Yevgeny Zavoisky (Zavoisky, E (

1945) "Spin-magnetic resonance in paramagnetics" Fizicheskiĭ Zhurnal 9:211-245)

và được Brebis Bleany phát triển độc lập cùng lúc Cộng hưởng thuận từ điện tử được

sử dụng để nghiên cứu các vật liệu với các liên kết lơ lửng (dangling bond) Phương pháp được sử dụng rộng rãi trong các ngành khoa học khác nhau; như sinh học, hóa học, vật lý Các spin không tương xứng hay ví dụ cụ thể là các spin điện tử trong liên kết lơ lửng C-C hấp thụ năng lượng sóng điện từ và cho phổ hấp thụ trong phép đo cộng hưởng thuận từ điện tử của mẫu Kết quả phân tích phổ cho phép đưa ra những kết luận về tâm thuận từ được nghiên cứu như tính đối xứng, môi trường xung quanh tâm, nồng độ tâm thuận từ, chất lượng tinh thể

Nano kim cương được tổng hợp bằng phương pháp sóng xung kích (Detonation Nanodiamonds DND) trong buồng kín từ các vật liệu nổ, trải qua quá trình làm sạch hóa học, sàng lọc bằng máy li tâm và sấy khô (ở dạng bột) Mặc dù được tổng hợp lần đầu tiên vào năm 1963 ở Liên bang Xoviet, nano kim cương chỉ được nghiên cứu rộng rãi bắt đầu từ những năm 2000 Nano kim cương có các đặc trưng của kim cương tinh thể và những tính chất khác đặc trưng cho kích thước nano của nó Các ứng dụng ở vai trò chất bổ sung làm tăng độ bền vật liệu đã được triển khai Ngày nay các nghiên cứu của nano kim cương với vai trò làm chất dẫn truyền trong y học cũng đang được thực

hiện (Nanodiamonds: Advanced Material Analysis, Properties and Applications / ed

Jean-Charles Arnault – Saint Louis: Elservier, 2017) [3] Vì vậy, nghiên cứu nano kim

cương bằng các phương pháp khác nhau có ý nghĩa không chỉ đối với nghiên cứu cơ bản mà còn đối với vấn đề ứng dụng Ứng dụng phương pháp cộng hưởng thuận từ điện tử để nghiên cứu nano kim cương cho phép “phát hiện” và nghiên cứu các spin điện tử, từ đó rút ra một số tính chất thuận từ quan trọng của loại vật liệu này

Vì vậy, tôi quyết định chọn chủ đề “Phát hiện spin điện tử trong liên kết lơ lửng C-C của nano kim cương bằng phương pháp cộng hưởng thuận từ điện tử” làm đề tài

nghiên cứu

2 Mục tiêu nghiên cứu

Tiến hành đề tài này, tôi nhằm đạt được mục tiêu sau đây:

- Nghiên cứu được lý thuyết cộng hưởng thuận từ trong trường hợp đơn giản nhất, khi hấp thụ cộng hưởng được thực hiện bởi các electron không ghép đôi trong các liên kết

lơ lửng Tìm hiểu về phương pháp tổng hợp và các tính chất của mẫu bột nano kim cương

- Thực nghiệm đo phổ và phân tích phổ cộng hưởng thuận từ của mẫu bột nano kim cương

Từ đó đưa ra kết luận về tính chất thuận từ và khả năng ứng dụng của mẫu

3 Đối tượng, phạm vi

- Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các tính chất thuận từ, tập trung phân tích nguồn gốc của tín hiệu EPR đo được

- Phạm vi nghiên cứu:

Phạm vi nghiên cứu là mẫu bột nano kim cương được tổng hợp bằng phương pháp sóng xung kích

4 Phương pháp nghiên cứu

+ Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết

+ Phương pháp phân loại và hệ thống hóa lý thuyết

+ Phương pháp thực nghiệm khoa học

+ Phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Phân tích được phổ cộng hưởng thuận từ của mẫu để rút ra được các đặc điểm của hệ thuận từ trong mẫu bột nano kim cương

- Giúp sinh viên hiểu sâu sắc hơn một số lý thuyết đã được học trong học phần

Cơ học lượng tử, Vật lý chất rắn của chương trình đào tạo và có kinh nghiệm tham gia nghiên cứu khoa học

- Đề tài là tài liệu tham khảo cho những người quan tâm tới vấn đề này trong học

tập và nghiên cứu

6 Cấu trúc của đề tài

A PHẦN MỞ ĐẦU

B PHẦN NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

C PHẦN KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

B NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Spin điện tử

Trong cơ học cổ điển, một vật rắn có hai loại momen động lượng: momen động lượng quỹ đạo (L = r xp) gắn với chuyển động của khối tâm và momen động lượng spin (còn gọi là spin) (S=I) gắn với chuyển động quanh tâm khối Ví dụ, trái đất có momen động lượng quỹ đạo do chuyển động của nó quanh mặt trời, và momen động lượng spin do chuyển động tự quay hằng ngày quanh trục bắc nam Sự phân biệt trên phần lớn là do sự thuận tiện khi xét chuyển động theo quỹ đạo và chuyển động tự quay của trái đất, nhưng về bản chất chúng không khác nhau, vì khi xét đến cùng Sthực chất là tổng toàn bộ các momen động lượng của đất đá, những thành phần cấu tạo nên trái đất – chúng quay tròn quanh trục trái đất Trong cơ học lượng tử, sự phân biệt momen động lượng quỹ đạo và momen động lượng spin (hay còn gọi là spin) cũng tồn tại, và sự khác biệt giữa chúng là hoàn toàn về bản chất Ngoài momen động lượng quỹ đạo gắn với chuyển động của electron xung quanh hạt nhân, electron còn mang một dạng momen động lượng khác không liên hệ gì với chuyển động trong không gian, cũng được gọi là spin Spin theo nghĩa cổ điển và spin trong cơ học lượng tử là hoàn toàn khác nhau Electron là một hạt điểm không có cấu trúc, và momen động lượng spin của nó không thể phân tích thành các momen quỹ đạo của các cấu thành

Có thể nói rằng các hạt cơ bản mang các momen động lượng riêng (S) bên cạnh momen động lượng “ngoại” (L) của chúng

Thực nghiệm chứng tỏ rằng, Spin của điện tử có độ lớn là s =Error! Reference source not found., và có hai cách định hướng đối xứng nhau với 2 giá trị hình chiếu

của S theo phương z (phương của từ trường đặt vào): chiều lên (spin up) và chiều xuống (spin down)

Hình chiếu của Error! Reference source not found theo các trục tọa độ Ox,

Oy, Oz trong tọa độ Decartes là Sx, Sy, Sz Có hai trạng thái riêng: α = 1 1

Hình 1.1 Spin up và spin down

Lý thuyết đại số của spin là bản sao của lý thuyết của momen động quỹ đạo, với các hệ thức giao hoán cơ bản:

Sx, Sy, Sz: Hình chiếu của theo các trục tọa độ Ox, Oy, Oz trong tọa độ Decartes

1.2 Cộng hưởng thuận từ - một phương pháp để ghi các spin không ghép đôi 1.2.1 Electron trong từ trường

Momen từ và momen động lượng tỉ lệ với nhau Một hạt tích điện đang quay là một lưỡng cực từ Momen lưỡng cực từ  của nó tỉ lệ với momen động lượng spin S:

= S

Hằng số tỉ lệ

e

e2m

  được gọi là hệ số từ cơ Rõ ràng đối với electron γ < 0,

momen từ spin ngược hướng với momen động lượng spin

Thành phần μz của momen từ spin dọc theo hướng từ trường B hướng theo trục z là:

μz = γħms, với ms là hình chiếu của S lên trục z

Mặt khác, ta có thể viết mỗi hệ số tỉ lệ đó như là tích của một hệ số g không có thứ nguyên và một hệ số có thứ nguyên μB (một sự kết hợp các hằng số vật lý) Đối với electron tự do:

µ

B = 9.27400949×10-24 J.T-1

gọi là magneton Bohr, trong đó, e là điện tích điện tử, me là khối lượng của electron Khi đó μz = γħms = -gμBms (ở đây g>0)

Khi một lưỡng cực từ nằm trong từ trường B nó sẽ chịu một momen lực ×B

tác dụng làm lưỡng cực từ hướng song song với từ trường Năng lượng liên hệ với momen lực này là:

E = - μ.B Nên Hamiltonian của một hạt tích điện đang quay tại chỗ trong từ trường Bđược viết ở dạng: H = - γB.S = gμBBms, B là độ lớn của vecto B

Giả sử một hạt có spin ½ đang nằm yên trong từ trường đồng nhất hướng theo

trục z, Hamiltonian của nó là: H = -γBS z = gμBBms

Trạng thái α có năng lượng Eα = gμBB/2, khi đó hình chiếu của momen động lượng spin theo phương z cùng hướng với hướng từ trường còn hình chiếu momen từ spin theo phương z ngược hướng với hướng từ trường; trạng thái β có năng lượng Eβ = -gμBB/2, hình chiếu của momen động lượng spin theo phương z ngược hướng với hướng từ trường còn hình chiếu momen từ spin theo phương z cùng hướng với hướng

từ trường, đây cũng là trạng thái có năng lượng thấp hơn Các mức năng lượng này cách nhau giá trị: ΔE = gμBB [2,4] Rõ ràng sự tách mức năng lượng tỉ lệ thuận với giá trị từ trường ngoài B:

Hình 1.2 Sự tách mức năng lượng của electron phụ thuộc vào từ trường B

1.2.2 Phương pháp cộng hưởng thuận từ điện tử

Một mẫu chất thuận từ nằm trong từ trường ngoài có khả năng hấp thụ sóng điện

từ được chiếu tới nó Sự hấp thụ này có tính lọc lựa (cộng hưởng) vì sự hấp thụ chỉ xảy

ra khi giá trị của từ trường ngoài và tần số sóng điện từ đạt được tỉ lệ xác định

Theo các quy tắc lọc lựa lượng tử, các sự chuyển, trong đó giá trị các số lượng tử

từ thay đổi một lượng Δm = ±1 là được phép (H1.3) [2,12,14] Nhờ trường điện từ B1với tần số f phù hợp người ta có thể kích thích sự chuyển của điện tử giữa hai trạng thái α và β (hai trạng thái này có |Δm| = 1): ΔE = hf = gμBB

Hình 1.3 Quy tắc lọc lựa

Và vì vậy hiện tượng được phát hiện đó được gọi là cộng hưởng thuận từ điện tử (EPR) Phương pháp nghiên cứu vật chất dựa trên hiện tượng công hưởng thuận từ điện tử gọi là phương pháp cộng hưởng thuận từ điện tử (EPR) Phương pháp EPR được sử dụng rộng rãi trong vật lý, hóa học, sinh học và y học, khoa học vật liệu….Cộng hưởng thuận từ (EPR) quan sát thấy ở các chất rắn (tinh thể, đa tinh thể, mẫu bột) cũng như trong chất lỏng và chất khí Điều kiện cần để quan sát EPR là mẫu

có độ dẫn đủ nhỏ (do hiệu ứng da, sóng siêu cao tần được sử dụng trong máy đo không xuyên sâu vào các chất dẫn điện ) và độ từ hóa vĩ mô phù hợp với độ nhạy của máy đo

Ở những điều kiện thuận lợi số lượng spin có thể ghi được trong mẫu nghiên cứu vào cỡ 1010 Khối lượng mẫu khi đó có thể từ vài mg đến 500 mg Trong thời gian đo EPR mẫu không bị phá hủy và có thể được sử dụng tiếp theo cho các thí nghiệm khác

EPR là một kỹ thuật áp dụng với các hệ ở trạng thái thuận từ (hoặc có thể được đưa về trạng thái thuận từ) Đó là trạng thái có momen động lượng (thường là momen động lượng spin) điện tử tổng cộng khác không

Các hệ tiêu biểu được nghiên cứu trong kỹ thuật EPR được liệt kê dưới đây:

1 Các góc tự do (free radical) trong chất rắn, chất lỏng, chất khí Đó là những nguyên tử, phân tử, ion có chứa một electron không ghép đôi (trừ các ion của các nguyên tổ chuyển tiếp, các sai hỏng trong vật rắn)

2 Các ion các nguyên tố chuyển tiếp, chúng có thể chứa 5 đến 7 ion không ghép đôi

3 Các sai hỏng điểm trong vật rắn (các sai hỏng cục bộ với một spin điện tử phân bố trên một vài nguyên tử)

4 Các hệ với nhiều hơn một electron không ghép đôi

5 Hệ với các electron dẫn

1.2.3 Các đặc trưng cơ bản của phổ EPR cộng hưởng thuận từ

Cấu trúc của phổ EPR

Hành vi của các momen từ (spin điện tử) trong từ trường phụ thuộc vào các tương tác của các electron không ghép đôi với nhau cũng như với môi trường xung quanh Trong số đó, quan trọng nhất là các tương tác spin-spin và spin-quỹ đạo, tương tác giữa các electron và các hạt nhân mà trên đó nó định xứ (cấu trúc siêu tinh vi tế/hyperfine), tương tác với thế điện tĩnh được tạo bởi các ion của môi trường xung quanh (ligand/superhyperfine) ở vị trí các electron định xứ Phần lớn các tương tác kể trên dẫn tới sự phân bố có quy luật của của các đường phổ EPR Tín hiệu hấp thụ cộng hưởng của các spin không ghép đôi, khi không có các tương tác siêu tinh tế hoặc tương tác ligand, có cấu trúc tinh vi với chỉ một đường hấp thụ Đây chính là trường hợp đề tài này nghiên cứu Trong trường hợp tổng quát phổ EPR của các tâm thuận từ là đa thành phần Biểu diễn về thứ bậc của các phân tách cơ bản có thể nhận được từ sơ đồ dưới đây:

Cấu trúc tinh vi của phố EPR (Fine structure)

Số đường phố 2S; cường độ tương đối -[S(S-1)-ms(ms-1)]

Mỗi đường phố

Cấu trúc siêu tinh vi (Superfine structure)

Số đường phố: 2I+1; cường độ tương đối -giống nhau

Cấu trúc tinh vi (fine structure): Số lượng các đường hấp thụ do tương tác

tinh vi được xác định bởi đại lượng spin S của tâm thuận từ và sự đối xứng cục bộ của trường tĩnh điện của môi trường xung quanh, còn cường độ tích phân tương đối (diện tích dưới đường cong hấp thụ cộng hưởng) được xác định bởi mS (đại lượng hình chiếu của spin lên hướng của từ trường)

Cấu trúc siêu tinh vi (hyperfine structure): Các đường hấp thụ siêu tinh vi từ

một đồng vị cụ thể có cường độ tích phân gần giống nhau và cách nhau những khoảng bằng nhau

Nếu như hạt nhân của tâm thuận từ có một vài đồng vị, thì mỗi đồng vị sẽ cho bộ đường hấp thụ siêu tinh tế riêng của chúng Số lượng chúng được xác định bởi I - spin của hạt nhân mà electron định xứ gần nó Cường độ tương đối của các đường hấp thụ siêu tinh vi từ những đồng vị khác nhau của tâm thuận từ tỉ lệ với sự phổ biến tự nhiên của những đồng vị này trong mẫu

Cấu trúc đặc biệt siêu tinh vi (superhyperfine / ligand structure): Số lượng

các đường hấp thụ đặc biệt siêu tinh vi phụ thuộc vào số các ligand tương đương nl,

mà với chúng spin không ghép đôi tương tác và vào đại lượng spin hạt nhân Il của các đồng vị ligand.

Các thông số cơ bản của phổ EPR

Biên độ tín hiệu: Tín hiệu EPR là đạo hàm bậc nhất của đường phổ hấp thụ

Diện tích dưới đường hấp thụ tỉ lệ với nồng độ các hạt thuận từ trong mẫu đo Vậy, nồng độ các tâm thuận từ tỉ lệ với tích phân một lớp đối với đường hấp thụ hoặc tích phân hai lớp đối với phổ EPR Nếu hai tín hiệu có cùng độ rộng phổ thì nồng độ tâm thuận từ tương quan với biên độ tín hiệu trong phổ hấp thụ

Hình 1.4 Tín hiệu EPR

Bên trái – sự phụ thuộc của sự hấp thụ sóng siêu cao tần vào cảm ứng từ B; bên phải – đạo hàm bậc nhất của sự phụ thuộc này Các phổ kế EPR ghi đường cong bên phải, B0 là từ trường cộng hưởng tại đó xảy ra cực đại hấp thụ, A là biên độ tín hiệu EPR

Độ rộng đường phổ EPR: Độ rộng đường hấp thụ trong phổ học là khoảng cách

giữa hai điểm hấp thụ nằm ở nửa độ cao của tín hiệu hấp thụ ΔB1/2 hoặc khoảng cách giữa hai điểm uốn của đạo hàm bậc nhất của đường hấp thụ ΔBPP được lấy là (H1.5)

Hình 1.5 Phổ tín hiệu EPR: 1- dạng đường hấp thụ EPR

2 – đạo hàm bậc nhất của nó

Có hai loại tương tác cơ bản, gây ra sự mở rộng đáng chú ý của đường cộng hưởng Loại đầu tiên là tương tác “spin-mạng”, đó là tương tác giữa spin của electron không ghép đôi nằm ở mức năng lượng cao hơn trong khoảng thời gian Δt với các dao động nhiệt của mạng tinh thể (phonon) Tất cả các dạng tương tác khác dẫn tới sự mở rộng đường cộng hưởng có thể thống nhất dưới tên gọi tương tác “spin-spin”, thông qua tương tác này các spin trao đổi năng lượng với nhau thay vì truyền năng lượng cho mạng tinh thể hay hệ phân tử Những tương tác như vậy không có khả năng thiết lập cân bằng nhiệt như là tương tác spin-mạng, nhưng có thể gây ra sự mở rộng đường cộng hưởng do tác động trực tiếp của các spin lên nhau Một trong những tương tác cơ bản thuộc loại này là tương tác “lưỡng cực-lưỡng cực” (dipole-dipole) thông thường

Hệ số tách mức năng lượng: Vị trí của điểm cộng hưởng (cực đại cộng hưởng)

là một thông số cơ bản đặc trưng cho đường hấp thụ singlet (trường hợp phổ có cấu

trúc tinh vi với s = 1/2) Nếu tần số của bức xạ điện từ f, mà ta gửi đến hệ nằm trong từ

trường và có cấu trúc phổ với độ rộng phổ ΔE= gμBB, bằng: f = gμBB/h

trong đó h là hằng số Planck h = 6,626.10-34 J.s (nghĩa là năng lượng của lượng tử bức

xạ điện từ hf bằng hiệu năng lượng giữa hai mức con), thì có thể xảy ra sự chuyển từ

mức năng lượng thấp hơn lên mức cao hơn và ngược lại

Rõ ràng, nếu tần số vi sóng f được duy trì không đổi, thì thông số duy nhất có thể

thay đổi là cảm ứng từ B và giá trị của hệ số g Bởi vậy, giá trị từ trường mà tại đó xảy

ra cộng hưởng sẽ xác định giá trị hệ số g của electron tự do không ghép đôi hoặc electron không ghép đôi gắn kết với nguyên tử hoặc phân tử đã cho