Electron Spin Resonance Spectroscopy

전자의 스핀 운동은 나선형 전류와 같이 작용하므로 자기장을 만들어낸다. 스핀 운동에 의하여 형성되는 자기 모멘트 는 다음과 같이 주어진다. (2) 여기서 는 전자의 Landé g-factor라고 불리며 자유전자의 경우 =2.0023이다. 식 (2)에서 e와 는 전자의 전하와 질량이고, 는 스핀 각 운동량의 크기이다. 식 (2)에서 음의 부호는 자기 운동량의 벡터가 각 운동량 벡터의 반대 방향임을 시사한다. 전자가 세기가 B인 균일한 자기장 안에 도입되면, 전자의 자기 쌍극자는 자기장의 축에 대하여 세차운동을 하게 된다. 세차운동의 진동수 ω는 다음과 같다. (3) 여기서 는 쌍극자의 자기회전 비(magnetogyric ratio)로서 자기 모멘트와 각 운동량의 비이다. 외부 자기장과의 상호작용에 의하여 나타내는 전자의 스핀 에너지는 (4) 이며, 여기서 는 자기 쌍극자 축과 자기장 방향 축과의 사이 각이다. 그런데 식 (1) 및 그림 9.1에서 제시하듯이 오직 두 가지의 값만이 허용된다. =+1/2일 경우 = 35o15`이며 = -1/2일 경우 = 144o45`이다. 쌍을 짓지 않은 전자에 대한 공명조건을 유도하자. 걸어준 자기장의 방향에서의 성분을 라 하면 (5) 이므로 식 (4)는 (6) 가 되며, 여기서 는 다음과 같이 주어진다. (7) 여기서 는 전자의 Bohr magneton이며 다음과 같이 주어진다. (8) 식 (7)를 식 (6)에 치환하면 (9) 을 얻을 수 있다. 전자의 스핀 자기 양자수는 ±1/2이므로, 외부 자기장에 평행으로 배열된 자기 모멘트를 갖는 전자는 낮은 에너지 를 가지며, 반대방향으로 배열된 자기 모멘트를 갖는 전자는 높은 에너지 를 갖는다. 외부 자기장이 없을 때는 에 해당하는 두 스핀 상태들은 모두 동일…
외부 자기장이 없을…