СВЧ спектроскопия - Microwave spectroscopy

СВЧ спектроскопия это спектроскопия метод, который использует микроволны, то есть электромагнитное излучение на частотах ГГц, для изучения материи.

В молекулярной физике

Основная статья: Вращательная спектроскопия

В области молекулярная физика, микроволновая спектроскопия обычно используется для исследования вращения молекул.[1]

В физике конденсированного состояния

В области физика конденсированного состояния микроволновая спектроскопия используется для обнаружения динамических явлений либо зарядов, либо спинов на частотах ГГц (соответствующих наносекундным временным масштабам) и шкалам энергии в режиме мкэВ. В соответствии с этими энергетическими шкалами микроволновая спектроскопия твердых тел часто выполняется в зависимости от температуры (вплоть до криогенные режимы несколько тысяч или даже меньше)[2] и / или магнитное поле (с полями до нескольких Тл).Спектроскопия традиционно учитывает частотно-зависимый отклик материалов, а при исследовании диэлектриков микроволновая спектроскопия часто охватывает большой частотный диапазон. Напротив, как для проводящих образцов, так и для магнитного резонанса обычно проводятся эксперименты с фиксированной частотой (с использованием высокочувствительного СВЧ резонатор ),[3] но возможны и частотно-зависимые измерения.[4]

Зондирование зарядов в физике конденсированного состояния

Для изоляционных материалов (как твердых, так и жидких),[5] исследование динамики заряда микроволнами является частью диэлектрическая спектроскопия. Среди проводящих материалов сверхпроводники представляют собой класс материалов, который часто изучается с помощью микроволновой спектроскопии, давая информацию о Глубина проникновения (регулируется сверхпроводящим конденсатом),[3][6] энергетический разрыв (одночастичное возбуждение Куперовские пары ) и квазичастичной динамики.[7]

Другой класс материалов, который был изучен с помощью микроволновой спектроскопии при низких температурах: тяжелые фермионные металлы с Нормы релаксации Друде на частотах ГГц.[4]

Зондирование спинов в физике конденсированного состояния

Микроволны, падающие на материю, обычно взаимодействуют как с зарядами, так и с спины (через компоненты электрического и магнитного поля соответственно), причем зарядовая реакция обычно намного сильнее, чем спиновая. Но в случае магнитного резонанса спины можно непосредственно исследовать с помощью микроволн. Для парамагнитных материалов этот метод называется электронный спиновой резонанс (ESR) и для ферромагнитных материалов ферромагнитный резонанс (ФМР).[8]В парамагнитном случае такой эксперимент исследует Зеемановское расщепление, с линейной зависимостью между статическим внешним магнитным полем и частотой зондирующего микроволнового поля. Популярная комбинация, реализованная в коммерческих X-диапазон Спектрометры ЭПР составляет примерно 0,3 Тл (статическое поле) и 10 ГГц (частота микроволн) для типичного материала с g-фактор электрона близко к 2.

Рекомендации

  1. ^ Горди, В. (1970). А. Вайсбергер (ред.). Микроволновые молекулярные спектры в технике органической химии. IX. Нью-Йорк: Interscience.
  2. ^ Крупка, Дж .; и другие. (1999). «Комплексная диэлектрическая проницаемость некоторых диэлектрических кристаллов со сверхмалыми потерями при криогенных температурах». Измер. Sci. Technol. 10 (5): 387–392. Bibcode:1999MeScT..10..387K. Дои:10.1088/0957-0233/10/5/308.
  3. ^ а б Харди, W. N .; и другие. (1999). «Прецизионные измерения температурной зависимости λ в YBa.2Cu3О6.95: Веское доказательство наличия узлов в функции разрыва ". Phys. Rev. Lett. 70 (25): 3999–4002. Bibcode:1993PhRvL..70.3999H. Дои:10.1103 / PhysRevLett.70.3999. PMID  10054019.
  4. ^ а б Scheffler, M .; и другие. (2013). "Микроволновая спектроскопия систем с тяжелыми фермионами: исследование динамики зарядов и магнитных моментов". Phys. Статус Solidi B. 250 (3): 439–449. arXiv:1303.5011. Bibcode:2013ПССБР.250..439С. Дои:10.1002 / pssb.201200925. S2CID  59067473.
  5. ^ Kaatze, U .; Фельдман Ю. (2006). «Широкополосная диэлектрическая спектрометрия жидкостей и биосистем». Измер. Sci. Technol. 17 (2): R17 – R35. Bibcode:2006MeScT..17R..17K. Дои:10.1088 / 0957-0233 / 17/2 / R01.
  6. ^ Хашимото, К .; и другие. (2009). «Глубина проникновения микроволн и квазичастичная проводимость PrFeAsO.1-й Монокристаллы: свидетельства существования сверхпроводника с полной щелью ». Phys. Rev. Lett. 102 (1): 017002. arXiv:0806.3149. Bibcode:2009PhRvL.102a7002H. Дои:10.1103 / PhysRevLett.102.017002. PMID  19257228. S2CID  41994664.
  7. ^ Хоссейни, А .; и другие. (1999). «Микроволновая спектроскопия термически возбужденных квазичастиц в YBa.2Cu3О6.99". Phys. Ред. B. 60 (2): 1349–1359. arXiv:cond-mat / 9811041. Bibcode:1999PhRvB..60.1349H. Дои:10.1103 / PhysRevB.60.1349. S2CID  119403711.
  8. ^ Фарле, М. (1998). «Ферромагнитный резонанс ультратонких металлических слоев». Rep. Prog. Phys. 61 (7): 755–826. Bibcode:1998RPPh ... 61..755F. Дои:10.1088/0034-4885/61/7/001.