Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с принципом работы микроскопа МИМ-7 согласно инструкции.

2. Получить изображение ямок травления.

3. Произвести подсчет плотности дислокаций на шлифе.

Контрольные вопросы

1. Какие существуют экспериментальные методы исследования структуры твердых тел?

2. Классификация дефектов кристаллической решетки.

3. Какие виды дислокаций встречаются в твердых телах?

4. Каковы причины образования ямок травления?

5. Дать определение контура и вектора Бюргерса в кристаллах.

Литература

1. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. – М.: Наука, 1978. – Гл. 20.

2. Пшеничников Ю.П. Выявление тонкой структуры кристаллов. – М.: Металлургия, 1974. – С. 526.

3. Физика твердого тела: Лабораторный практикум: В 2 т. Том 1. Методы получения твердых тел и исследования их структуры / Под ред. проф. А.Ф. Хохлова. – М.: Высшая школа, 2001. – 364 с.

4. Сангвал К. Травление кристаллов: Теория, эксперимент, применение / Пер. с англ. – М.: Мир, 1990. – 492 с.

Лабораторная работа № 2

Метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).

Измерение g-фактора парамагнитного центра

Цель работы: Ознакомиться с методом ЭПР.

Приборы и принадлежности: спектрометр электронного парамагнитного резонанса (учебный) «Минск-12М»; образец, содержащий в матрице парамагнитный центр.

Введение

Спектрометр ЭПР представляет собой устройство для обнаружения магнитных дипольных переходов. Магнитные диполи могут представлять ядерные или электронные магнитные диполи. Магнитный дипольный момент определяется из выражения

,

где W – энергия магнитного дипольного момента в поле , а – угол между векторами и .

По законам классической физики угол может принимать любые значения. Однако поведение электронов и ядер подчиняется законам квантовой механики [1]. Компонента магнитного спинового момента электрона μ_z вдоль направления магнитного поля равна

μ_z = – g β M_S ,

где g = 2,00232 для свободного электрона (g-фактор), β = 9,2741∙10^-21 эрг/Гс – магнетон Бора, M_S – спиновое квантовое число. Отрицательный знак возникает благодаря отрицательному заряду электрона.

Квантование спиновых моментов относительно выделенного направления в пространстве приводит к квантованию уровней энергии системы магнитных моментов в магнитном поле. Применение выражения W = – μ_z · H к «чисто спиновой» системе и замена μ_z на –gβM_S дает следующее выражение для уровней энергии:

W = g β H M_S .

Допустимые значения M_S равны +1/2 и –1/2. Поэтому W также принимает два значения ±1/2gβH. Эти два энергетических уровня называются зеемановскими. Переходы между этими уровнями можно индуцировать электромагнитным полем подходящей частоты, если энергия фотона hν совпадает с расстоянием между уровнями ΔW.

Таким образом,

ΔW = hν = g β H_r ,

где ν – частота (Гц), H_r – значение магнитного поля (Гс), при котором выполняется условие резонанса.

Устройство и принцип работы спектрометра эпр «Минск-12м»

Описываемый спектрометр имеет проходной измерительный резонатор и работает на фиксированной частоте в районе 10 ГГц с изменением напряженности магнитного поля. Спектр ЭПР представляет собой зависимость интенсивности поглощения веществом энергии СВЧ от интенсивности магнитного поля. Для регистрации спектра ЭПР используется детектор СВЧ со схемой выделения сигнала и индикатор (осциллограф или самописец).

Для повышения чувствительности спектрометра используется принцип малой высокочастотной модуляции постоянного магнитного поля в процессе его развертки с последующей синхронной демодуляцией выделенного детектором сигнала. Генератор СВЧ предназначен для генерирования колебаний СВЧ постоянной частоты и мощности. Генераторным элементом является диод Ганна.

Исследуемый образец помещается в измерительный резонатор, где он подвергается одновременному воздействию энергии СВЧ и магнитного поля. Кроме того, в измерительном резонаторе имеется контур для малой высокочастотной модуляции магнитного поля.