自旋集體振動

分子由原子構成，而原子又是由原子核和核外電子所組成的。電子除了軌道運動外，還有自旋運動。 因為電子有質量和電荷，它的軌道運動產生軌道角動量和軌道磁矩，自旋運動產生自旋角動量和自旋磁矩。自旋集體振動是屬於自旋1/2粒子的電子在靜磁場下的磁共振現象，類似靜磁場下自旋1/2原子核有核磁共振之現象，又因利用到電子的順磁性，故稱電子順磁共振。電子自旋共振在多個領域有著較廣泛的套用。

基本介紹

• 中文名：自旋集體振動
• 又稱：自旋共振
• 原理：能級共振躍遷
• 學科：物理電子學

研究對象

（1）自由基：所謂自由基就是在分子中具有一個未成對電子的化合物。例如，二苯基苦基肼基的一個氮原子上就有一個未成對電子。

（2）雙基或多基：這類化合物含有兩個（或兩個以上）未成對電子，並且這兩個未成對電子相距甚遠，它們之間相互作用很弱，所以它的性格就象兩個稍有相互作用的自由基。

（3）三重態分子：這種化合物在分子軌道中也具有兩個未成對電子。但和雙基不同，這兩個電子彼此相距很近，彼此間有很強的相互作用。

（4）過渡金屬離子和稀土離子：上述三類化合物都是在分子軌道中出現未成對電子，而這類是在原子軌道中就出現未成對電子。過渡金屬離子包括鐵族、鈀族、鉑族離子，它們依次具有未充滿的3d，4d，5d殼層．稀土離子則具有未充滿的4f殼層。

（5）其它體系：例如有一些分子如O₂，NO₂等本身就是順磁性分子．NO分子的電子數是奇數，它似乎應當是順磁性的，但O₂分子的電子數是偶數，它卻也是順磁性的，這個原因可以用分子軌道理論解釋它。

共振條件

電子除了具有質量m，電荷e之外，它還具有另一個特性，就是自旋S。所謂自旋，可以想像為電子像地球一樣繞一個軸旋轉。電子是一個帶電體，帶電體的旋轉就會產生磁場。這樣一個旋轉著的電子就好像一個小磁偶極子，在力學上可以用m描述磁偶極矩，它具有方向性，因此是一個矢量。如果將這一磁偶極矩放在磁場H中，它們之間就會產生一個相互作用能E，電子的自旋磁矩和外磁場平行時能量最低，體系最穩定；電子的自旋磁矩和外磁場反平行時，能量最高，體系最不穩定。如果將電子從自旋磁矩平行外磁場的位置轉變到反平行的位置，需要外力做功，反之就會釋放能量。

自旋磁矩與外磁場平行的電子具有較低的能量，自旋磁矩和外磁場反平行的電子具有較高的能量。若用輻射的方法給處於低能級的電子一個能量，它們就會吸收這一能量躍遷到高能級，這一過程稱為電子在頻率的作用下，在磁場H發生了共振。

套用

自旋集體振動已成功地被套用於順磁物質的研究，它在化學、物理、生物和醫學等各方面都獲得了極其廣泛的套用。例如發現過渡族元素的離子；研究半導體中的雜質和缺陷；離子晶體的結構；金屬和半導體中電子交換的速度以及導電電子的性質；在固態物理上辨識與定量自由基分子（即帶有不成對電子的分子）；生物醫學領域用在標記生物性自旋探子等。所以，自旋集體振動也是一種重要的控物理實驗技術。