Mikrovlnná spektroskopie - Microwave spectroscopy

Mikrovlnná spektroskopie je metoda spektroskopie, která využívá ke studiu hmoty mikrovlny , tj. Elektromagnetické záření na frekvencích GHz.

Dějiny

Molekula amoniaku NH 3 je ve tvaru pyramidy 0,38 Á na výšku, s rovnostranného trojúhelníku vodíků tvořících base.The dusíku se nachází na ose má dva odpovídající rovnovážné polohy nad a pod trojúhelníku vodíků, a to vyvolává možnost tunelování dusíku tam a zpět. V roce 1932 Dennison et al. ... analyzoval vibrační energii této molekuly a dospěl k závěru, že vibrační energie by byla rozdělena na páry přítomností těchto dvou rovnovážných poloh. Příští rok Wright a Randall pozorovali ... rozdělení 0,67 cm –1 ve vzdálených infračervených linkách, což odpovídá ν = 20 GHz, což je hodnota předpovězená teorií.
V roce 1934 Cleeton a Williams ... zkonstruovali mřížkový echelette spektrometr, aby měřili toto štěpení přímo, čímž zahájili pole mikrovlnné spektroskopie. Pozorovali poněkud asymetrickou absorpční linii s maximem na 24 GHz a plnou šířkou v polovině výšky 12 GHz.

V molekulární fyzice

Hlavní článek: Rotační spektroskopie

V oblasti molekulární fyziky se mikrovlnná spektroskopie běžně používá ke zkoumání rotace molekul.

Ve fyzice kondenzovaných látek

V oblasti fyziky kondenzovaných látek se mikrovlnná spektroskopie používá k detekci dynamických jevů nábojů nebo otáček na frekvencích GHz (odpovídá časovým měřítkům nanosekund) a energetických stupnic v režimu µeV. V souladu s těmito energetickými stupnicemi se mikrovlnná spektroskopie na pevných látkách často provádí jako funkce teploty (až do kryogenních režimů několika K nebo dokonce nižších) a / nebo magnetického pole (s poli až několika T). Spektroskopie tradičně zvažuje frekvenčně závislou odezvu materiálů a při studiu dielektrické mikrovlnné spektroskopie často pokrývá velký frekvenční rozsah. Naproti tomu u vodivých vzorků iu magnetické rezonance jsou experimenty s pevnou frekvencí běžné (za použití vysoce citlivého mikrovlnného rezonátoru ), ale jsou možná i měření závislá na frekvenci.

Sondážní náboje ve fyzice kondenzovaných látek

U izolačních materiálů (pevných i kapalných) je snímání dynamiky náboje pomocí mikrovln součástí dielektrické spektroskopie . Mezi vodivými materiály jsou supravodiče materiálová třída, která se často studuje pomocí mikrovlnné spektroskopie, která poskytuje informace o hloubce průniku (řízené supravodivým kondenzátem), energetické mezeře (buzení Cooperových párů pomocí jedné částice ) a dynamice kvazičástic.

Další třídou materiálů, která byla studována pomocí mikrovlnné spektroskopie při nízkých teplotách, jsou těžké fermionové kovy s Drudeovými relaxačními frekvencemi na frekvencích GHz.

Sondování se točí ve fyzice kondenzovaných látek

Mikrovlny dopadající na hmotu obvykle interagují s náboji i se spiny (prostřednictvím složek elektrického a magnetického pole), přičemž odezva náboje je obvykle mnohem silnější než odezva spinu. Ale v případě magnetické rezonance lze otáčení přímo sondovat pomocí mikrovln. U paramagnetických materiálů se tato technika nazývá elektronová spinová rezonance (ESR) a u feromagnetických materiálů feromagnetická rezonance (FMR) . V paramagnetickém případě takový experiment zkoumá Zeemanovo štěpení s lineárním vztahem mezi statickým vnějším magnetickým polem a frekvencí sondujícího mikrovlnného pole. Populární kombinace, jak je implementována v komerčních X-band ESR spektrometrech, je přibližně 0,3 T (statické pole) a 10 GHz (mikrovlnná frekvence) pro typický materiál s elektronovým g-faktorem blízkým 2.

Reference


Ikona pahýl

Tento článek týkající se fyziky je útržek . Wikipedii můžete pomoci rozšířením .