電子自旋共振實驗裝置圖片

A. 瑟爾效應的實驗裝置

基本困難在於材料的選擇上和在圓環和滾筒上保持一個必要的磁印格式.為了簡化這個技術, 我們決定使用單個環的設計方案, 也就是只有一組滾筒和一個圓環. 顯然很有必要把靠近軸承附近的滾筒強化, 並且使滾筒保持平衡. 在建議的設計方案中, 我們使用了噴氣軸承來盡可能的降低摩擦帶來的影響.
在能找到的資料[1-4]中, 並沒有清楚的告訴我們怎麼建造和磁化一個直徑一米的圓環. 為了做這個圓環, 我們用了多個磁化的稀土磁石片, 磁化時用了1 torr的殘余感應. 這些磁片都是用常規手段來磁化的, 也就是通過電池供電給環繞的線圈來完成磁化. 之後,這些磁片被組成圓環形,並且用膠水把它們粘在了一個特殊的鐵支架上面, 這樣磁場能量就減少了. 為了製作這個圓環, 我們用了110公斤的釹磁, 而做滾筒則用了115公斤的釹. 沒有用高頻率場磁化來磁化. 我們決定用一個流動矢量 和 圓環與滾筒 的主要磁場方向成90度的 截面-插入磁鐵 來替代[1-5]中提到的印磁技術.
這些截面-插入磁鐵是用處理過的,殘余磁場1.2T, 並且磁力稍微比其他基本材料大一點點的稀土磁鐵做的. 圖片1和2顯示了固定的圓環1，和滾筒們2的排放方法, 還有 它們相互間通過截面-插入磁鐵的磁力作用而形成的傳動方式. 在固定圓環和滾筒的表面之間,保持有一個1毫米的空氣間隙.
圓環和滾筒都各自被0.8毫米厚的不間斷的銅片包裹著, 除此之外,沒有其他層了(翻譯注:不像真正的SEG有4層結構,這里只有2層). 銅片和滾筒或圓環的磁鐵之間能有直接的電流接觸. 圓環和滾筒內的截面-插入磁鐵們之間的距離是相同的. (翻譯注:圖2中,一個滾筒有12個截面-插入磁鐵). 換句話說, 在圖2里就是t1=t2.
在圖2中的,圓環1和滾筒2之間的參數比例是選好的, 以使得圓環的直徑是滾筒直徑的整數倍,並且要大於等於12倍. 因為圓環和滾筒的周長同樣會是這個比例,所以選擇這個直徑比就可以讓設備中的各部件之間達到 「自旋磁波共振模式」 (magnetic spin wave resonant mode).
整個磁裝置系統的各個部件都被以統一的設計方案裝在了一個鋁制的平台上. 圖3是裝載了單環轉換器的平台的概括圖. 這個平台裝了彈簧和減震器, 並且通過3個支架的支撐,在垂直方向有一定的移動空間. 整個系統只允許最大10毫米的位移, 並且設備的位移會被位移感應器14測量記錄. 所以,在實驗時,平台的瞬間重量變化可以實時測量的到. 整個裝載了磁裝置系統的平台的 初始毛重為350公斤.
圓環1， 是完全固定了的.滾筒2， 被裝在了一個可移動的分離器3上, 滾筒和分離器一起被稱作轉子. 轉機連接在裝置的底部的轉軸4上. 轉子的轉動可以通過這個轉軸傳達(到其他地方). 轉軸的底部是通過一個 摩擦離合器5 連接到一個啟動發動機6上. 啟動發動機是用來啟動轉換器,加速使其達到 自主持續轉動的模式.作為轉換器的主要負載的發電機7,被連接在了底部轉軸上. 帶有裸露核心9的電磁感應器8裝在滾筒的旁邊.
當磁滾筒2，穿過電磁感應器的裸露核心時, 會使電磁感應器8的磁流迴路閉合. 由此在滾筒和感應器之間產生一個電動勢的力(又叫EMF). 這個力直接作用在活性負載10上(由一組總負載為1kw的感應線圈和白熾燈組成). 電磁感應器8上裝了一個固定在支架12上的電動機11. 驅動線圈被用來的平滑的穩定轉子的轉速rpm, 但是轉子的速度是可以用主負荷10來調整的.
為了研究高電壓對轉換器的特性產生的影響, (我們)裝了一個放射性電子定向系統(system for radial electrical polarization). 在轉子的外圍, 有一些電極13被裝在了電磁感應器8之間. 電極到滾筒2有10毫米的距離. 這些電極連接著高壓電, 高壓電的正極連接著固定圓環1， 負極連接著定向電極. 定向電壓能在0-20kv范圍內調節. 在實驗中,(我們)一直都是使用20kv的電壓.
為了以防緊急剎車的需要, (我們)裝了一個普通汽車上的剎車片在轉子的底部軸承4上. 發電機7, 和一系列的開關連接到一個普通的被動電阻負載上. 開關連接著一些普通的電熱水器, 通過開關就可以使得發電機的負載能逐步的從1kw增加到10kw.
在這個用來實驗的轉換器的中心, 有一個油摩擦發熱機15, 准備用來收集多餘的輸出功率(超過10kw後)到熱轉換框上去. 但是因為實際的輸出功率沒有超過7kw, 實驗中並沒有用到它. 電磁感應器連還額外連接著帶有一串總功率為1kw的白熾燈的負載, 以此來促使轉子的轉速完全穩定.

B. 電子自旋共振的g值測量

實驗裝置
微波譜儀由產生恆定磁場的電磁鐵及電源，產生交變磁場的微波源和微波電路，帶有待測樣品的諧振腔以及ESR信號的檢測和顯示系統 等組成。
1、微波源：由於固態微波源壽命長、使用簡單、輸出的微波頻率較穩定等優點，是最常用的一種微波信號發生器。
2、可調的矩形諧振腔。可調的矩形諧振腔結構如圖1所示，它既為樣品提供線偏振磁場，
同時又將樣品吸收偏振磁場能量的信息傳遞出去。諧振腔的末端是可移動的活塞，調節其位置，可以改變諧振腔的長度，腔長可以從帶游標的刻度連桿讀出。為了保證樣品處於微波磁場最強處，在諧振腔寬邊正中央開了一條窄槽，通過機械傳動裝置可以使樣品處於諧振腔中的任何位置，樣品在諧振腔中的位置可以從窄邊上的刻度直接讀出。該圖還畫出了矩形諧振腔諧振時微波磁力線的分布示意圖。
3、魔T。魔T的作用是分離信號，並使微波系統組成微波橋路，其結構如圖9.3.6所示。按照其接頭的工作特性，當微波從任一臂輸入時，都進入相鄰兩臂，而不進入相對臂。
4、配器。單螺調配器是在波導寬邊上開窄槽，槽中插入一個深度和位置都可以調節的金屬探針，當改變探針穿伸到波導內的深度和位置時，可以改變此臂反射波的幅值和相位，該元件的結構示意圖如圖2所示。
實驗內容
1、按圖一所示連接系統，將可變衰減器順時針旋至最大，開啟系統中各儀器的電源，預熱20分鍾。
2、將旋鈕和按鈕作如下設置：
「磁場」逆時針調到最低，「掃場」逆時針調到最低。按下「檢波」按鈕，「掃場」按鈕彈起，此時磁共振實驗儀處於檢波狀態（註：切勿同時按下）。
3、將樣品位置刻度尺置於90mm處，樣品應置於磁場正中央。
4、將單螺調配器的探針逆時針旋至「0」刻度。
5、信號源工作於等幅工作狀態，調節可變衰減器使調諧電表有指示，然後將「檢波靈敏度」旋鈕指示最大控制磁共振實驗儀的調諧指示占滿度的1/2左右。
6、用波長 表測定微波信號的頻率，方法是：旋轉波長表的測微頭，找到電表跌落點，查波長表—刻度表即可確定振盪頻率，若振盪頻率不在9370MHz，應調節信號源的振盪頻率，使其接近9370MHz的振盪頻率。測定完頻率後，需將波長表刻度旋開諧振點。
7、為使樣品諧振腔對微波信號諧振，調節樣品諧振腔的可調終端活塞，使調諧電表指示最小。
8、為了提高系統的靈敏度，可減小可變衰減器的衰減量，使調諧電表顯示盡可能提高。然後，調節魔T另一支臂單螺調配器指針，使調諧電表指示更小。若磁共振儀 電表指示太小，可調節靈敏度，使指示增大。
9、按下「掃場」按鈕。此時調諧電表指示為掃場電流的相對指示，調節「掃場」旋鈕可改變掃場電流。
10、順時針調節恆磁場電流，當電流達到1.65~1.79A時，示波器上即可出現電子共振信號。
11、若共振波形峰值較小，或示波器圖形顯示欠佳，可採用四種方式調整：
11.1將可變衰減器反時針旋轉，減小衰減量，增大微波功率。
11.2正時針調節「掃場」旋鈕，加大掃場電流。
11.3提高示波器的靈敏度。
11.4調節微波信號源振盪腔法蘭盤上的調節釘，可加大微波輻射功率。
12、若共振波形左右不對稱，調節單螺調配器的深度及左右位置，或改變樣品在磁場中的位置，通過微調樣品諧振腔，使共振波形形成。
13、調節「調相」旋鈕即可使雙共振峰處於合適的位置。
14、用高斯計測得外磁場B0，用公式
hf0
g=―――
μBB0
計算g因子。（g因子一般在1.95-2.05之間）。
15、為了得到腔體的波導波長λg，可移動樣品的位置，兩信號之間距離即為λg/2。