ESR_电子自旋共振波谱仪

电子自旋共振波谱仪（ESR）, 也叫电子顺磁共振波谱仪(EPR) , 当电子暴露于外部的磁场时，利用电子的自旋，来检测各种状态和细胞内化合物中原子的类型。电子自旋共振波谱仪是唯一的直接检测顺磁物质的方法。

电子自旋共振波谱仪是根据电子自旋共振波谱吸收程度，检查组织、细胞或者其提取液中的自由基，并通过g因子的测定来推断自由基离子的存在状态的方法。

除了基础研究，近来电子自旋共振波谱仪在啤酒、食品、食用油、烟草以及化妆品等行业的质量控制和检测方面也取得很好的成就，已经成为国内外科研平台的常规设备仪器，研究领域包括固体废弃物处理与资源化、环境污染治理、土壤污染治理、尾矿资源化、工业废渣处理、污泥处置、生物质资源化、农产品评价等。

北京欧倍尔MS-5000电子自旋共振波谱仪

可以一句话概括，电子自旋共振波谱仪是日常生活过程中观察自由基的最敏感的技术之一。如想了解更多有关于电子自旋共振波谱仪的咨询，北京欧倍尔可以帮助您。

IBM首次研发电子自旋共振（ESR）探测器，原子磁场的测量迈入高精度时代

IBM Alamaden研究院的研究员找到了测量单原子磁场的新方法，这是科学家首次将在被测量原子旁放置传感器，以此获得强烈而清晰的磁场信号。据悉，新技术的能量分辨率比其他显微技术高1000多倍。

2015年，IBM首次研发了单原子“探测器”——电子自旋共振（ESR）探测器。新方法正是采用这种“探测器”来测量“目标”原子的电磁场的。同时，ESR探测器还被应用于扫描隧道电子显微镜（STM）。STM通过移动的探针与物质表面的相互作用，表面与针尖间的隧穿电流反馈出表面某个原子间电子的跃迁，并由此确定出物质表面的单一原子的排列状态。

研究人员将ESR和STM技术的最新研究进展发表在《自然纳米技术》上，这标志着原子磁场的测量迈入高精度时代。

“我们在论文中展示了如何进行‘纳米GPS’成像，如何通过几个固定原子探测器的自旋共振信号来对原子定位，”IBM研究院的克里斯托弗·卢茨（Christopher Lutz）说道。“我们希望用该技术对物体表面进行纳米成像，并且探测分子的磁场中心位置。”

在ESR技术之前，测量原子磁场比较普遍的方法是金刚石氮-空位（NV）中心缺陷法。

但据Lutz介绍，该方法产生的NV中心的随机的，而且不能在金刚石晶体内移动。他还进一步指出，由于很难制备得到靠近金刚石晶体表明的NV中心，该方法的探测精度仅为10纳米。

除了ESR，IBM早期的一些研究也能探测到单原子的弱磁力。但是，“早期研究的探测信号很弱，”Lutz说，“新的STM技术的信号要强得多，而且很稳定。我们可以直接探测原子磁场，从而可以很清晰地测得原子磁矩等电磁特性。”

传统STM主要测量原子的表面排列及隧道谱，并最终能得到原子的电子结构。新的STM技术又辅以原子的磁场特性，其分辨率达到传统显微技术的1000倍，这也使得弱相互作用的探测成为可能。

“新方法可以探测原子磁耦合等弱相互作用，”Lutz说。“这种探测方法是非侵入性的，探测原子在几纳米外，不会影响到靶原子。”

未成对电子放入电磁场后会以一定频率“进动”，频率大小取决于磁场强度和原子磁矩。对ESR探测器进行操作时要充分考虑电子的行为。

“实验过程中，我们给显微镜外加一个磁场，给隧道结外加高频电压，”Lutz解释道。“当电磁波与电子自旋进动频率相匹配时，电子脱离磁场的自旋平衡，发生能级跃迁。”

“探测器”原子（铁原子）探测到电子行为的变化，并将信号传递给显微镜探针。电子自旋频率会影响到原子共振频率，进而使引起隧道电流的急剧变化。共振频率会随附近原子的不同而变化。

“其物理原理与核磁共振成像相仿，只不过我们探测的是电子而非原子核，我们探测的是单原子而非原子群。”Lutz补充说。

但该方法有很高的技术壁垒。首先，为了使原子自旋共振，需要有高频导线将千兆赫频率的信号传递到STM探针。同时，为了保证STM处于超高真空环境，需要将其放入液氮之中。另外，STM的外加磁场也必须恰到好处。

“目前，我们是唯一能利用STM操纵ESR原子探测器的团队，”Lutz说，“为了普及这项技术，我们需要进一步研究，降低它的应用标准。”

Lutz希望在团队安装好千兆赫高频后，有更多研究人员可以用它探测原子磁场。

“我们希望在更广泛的原子类型和表面材料上实现自旋共振，并且降低试验的严苛标准，这样就有更多实验室能用它做研究。”

编辑：孙小彪

参考：http://spectrum.ieee.org/nanoclast/semiconductors/nanotechnology/novel-microscopy-offers-a-kind-of-nanogps-for-locating-atoms

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