전자 스핀 공명이란 무엇입니까?

전자 스핀 공명 (ESR)은 상자성 물질에 사용되는 분광법의 형태입니다. 이는 외부 자기장에 노출 될 때 자기가되는 물질입니다. ESR은 또한 전자 상자성 공명 또는 EPR이라고도합니다. 전자 스핀 공명은 화학 및 생물학에 다양한 응용을 가지고 있으며, 양자 컴퓨팅과 같은 분야에서도 사용됩니다.

전자는 전하 및 스핀을 전달합니다. 따라서 자기 모멘트를 유발합니다. 외부 자기장에 배치되면 전자의 자기 모멘트는 자기장의 방향과 정렬됩니다. 전자가 자기장의 반대 방향으로 정렬 될 수도 있지만, 이는 더 많은 에너지가 필요하며 전자의 자연 상태가 아닙니다. 이것은 전자 스핀 공명을위한 과학적 기초입니다.

ESR의 경우, 여분의 또는 짝을 이루지 않은 분자를 갖는 물질 인 전자는 일반적으로 전자 레인지 형태의 자기장과 에너지에 배치됩니다.짝을 이루지 않은 전자는 전자기 에너지를 흡수하고 자기 모멘트가 외부 적으로 적용된 자기장과 반대되도록 자기 모멘트를 다시 정렬함으로써 더 높은 에너지 상태로 이동합니다. 전자에 의해 흡수되는 에너지의 주파수는 그것들이 부착 된 분자의 화학적 구조를 나타낸다. 이런 식으로, 전자 스핀 공명은 다른 재료의 화학적 조성을 결정하는 데 사용될 수 있습니다.

물질에는 짝을 이루지 않은 전자를 갖는 것이 중요합니다. 이는 Pauli 배제 원리에 따라 쌍을 이루는 전자가 반대 방향으로 회전하여 순 자기 모멘트가 없기 때문입니다. 이 재료는 diamagnetic으로 알려져 있으며 ESR에 적합하지 않습니다.

다른 공명 분광법 기술과 마찬가지로, 전자 스핀 공명에 사용되는 전자는 이완되고 낮은 에너지 상태로 돌아갈 수 있어야합니다. 그렇지 않다면 모든 전자는 Ex가됩니다인용되고 더 이상 흡수가 가능하지 않을 것입니다. 이 경우 측정 할 것이 없으며 결과적으로 신호가 생성되지 않습니다. 전자가 주변에 에너지를주는 스핀-격자 이완과 전자가 다른 전자에 에너지를 제공하는 스핀 스핀 이완은 이완이 발생할 수있는 두 가지 방법입니다.

ESR은 특히 짝을 이루지 않은 전자를 가진 고도로 반응성이 높은 분자 세트 인 자유 라디칼의 검출에 특히 적합합니다. 자유 라디칼은 여러 질병, 중독 및 암의 원인으로 알려져 있습니다. 또한 알려진 속도로 치아 에나멜의 붕괴를 유발합니다. 즉, 전자 스핀 공명을 사용하여 치아와 연장하여 인간을 확장 할 수 있습니다. 과도한 자유 라디칼은 유효 기간을 지나는 맥주와 와인에도 존재합니다.

ESR은 또한 여러 최첨단 기술의 주요 후보입니다. 여기에는 인공 광합성 및 양자 컴퓨팅이 포함됩니다. 후자에서는 ESR을 미세 조정하여 WORK 전자 그룹 대신 단일 전자에서 전자의 자기 모멘트의 에너지 상태에 해당하는 논리 게이트를 만들 수 있습니다.