電子スピン共鳴とは何ですか？

電子スピン共鳴（ESR）は、常磁性材料で使用される分光法の一形態です。これは、外部磁場にさらされると磁気になる材料です。 ESRは、電子常磁性共鳴またはEPRとも呼ばれます。電子スピン共鳴には、化学と生物学にさまざまな用途があり、量子コンピューティングなどの分野でも使用されています。

電子は電荷とスピンを運びます。したがって、磁気モーメントを誘導します。外部磁場に配置すると、電子の磁気モーメントは磁場の方向に合わせます。また、電子が磁場の反対方向に整列することも可能ですが、これにはより多くのエネルギーが必要であり、電子の自然状態ではありません。これは、電子スピン共鳴の科学的基礎です。

ESRを使用して、通常、またはマイクロ波の形の磁場とエネルギーに配置されている、または対面のない分子を持つ分子を備えた物質が適用されます。対応のない電子は、電磁エネルギーを吸収し、磁気モーメントを再調整することにより、より高いエネルギー状態に移動します。電子に吸収されるエネルギーの頻度は、それらが付着している分子の化学構造を示しています。これにより、電子スピン共鳴を使用して、異なる材料の化学組成を決定できます。

物質に対応のない電子があることが重要です。これは、パウリ除外の原理に従って、ペアの電子が反対方向にスピンするため、正味の磁気モーメントがないためです。これらの材料は、直径として知られており、ESRには適していません。

他の共鳴分光法と同様に、電子スピン共鳴で使用さ​​れる電子は、リラックスしてより低いエネルギー状態に戻ることを許可する必要があります。そうでない場合、すべての電子はEXになります引用され、それ以上の吸収は不可能です。この場合、測定するものは何もありません。その結果、信号は生成されません。電子が周囲にエネルギーを与え、電子が別の電子にエネルギーを与えるスピンスピン緩和は、緩和が発生する可能性のある2つの方法です。

ESRは、不対電子を持つ高反応性分子のセットであるフリーラジカルの検出に特に適しています。フリーラジカルは、いくつかの病気、中毒、さらには癌の原因であることが知られています。また、既知の速度で歯のエナメル質の崩壊を引き起こします。つまり、電子スピン共鳴は、歯、ひいては人間との定話に使用できます。余分なフリーラジカルは、貯蔵寿命を過ぎているビールやワインにも存在します。

ESRは、いくつかの最先端のテクノロジーの主要な候補者でもあります。これらには、人工光合成と量子コンピューティングが含まれます。後者では、ESRを微調整することにより電子グループの代わりに単一の電子では、電子の磁気モーメントのエネルギー状態に対応する論理ゲートを作成できます。