JPH01134239A - Electron spin resonance device - Google Patents

Electron spin resonance device

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JPH01134239A
JPH01134239A JP29202587A JP29202587A JPH01134239A JP H01134239 A JPH01134239 A JP H01134239A JP 29202587 A JP29202587 A JP 29202587A JP 29202587 A JP29202587 A JP 29202587A JP H01134239 A JPH01134239 A JP H01134239A
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JP
Japan
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magnetic field
microwave
phase
sample
electron spin
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Application number
JP29202587A
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Japanese (ja)
Inventor
Yusuke Yajima
裕介 矢島
Shigeru Nishimatsu
西松 茂
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH01134239A publication Critical patent/JPH01134239A/en
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Abstract

PURPOSE:To classify and assign overlapping plural peaks of an electron spin resonance spectrum by detecting the modulated frequency component of a microwave absorption signal and the delay of the phase of a 2nd higher harmonic component. CONSTITUTION:A sample 4 in a cavity resonator 2 is supplied with a microwave from a microwave source 5 and the composite magnetic field produced by an electromagnet 1 and a modulating coil 3, and the reflected microwave is detected by a detector 6 and inputted to an amplifier 7. A current amplifier 8 which feeds a cosine current of frequency (f) to the modulating coil 3 is connected to an oscillator 9. Further, the oscillator 9 supplies the signal of frequency (f) and the 2nd higher harmonic signal 2f to phase detectors 10 and 11 as reference signals. The phase detectors 10 and 11 detects the phase delay quantities theta and phi of the components of frequencies (f) and 2f behind a reference signal supplied from an oscillator 9. The phase delay quantities theta and phi are selected by a switch 19, processed by tan(theta or phi)/(2pif) through a computing element 12, and inputted to a two-dimensional recording device 14, thereby recording a spectrum to electrostatic magnetic field intensity.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は原子スピン共鳴装置に係り、特に信号源である
試料中の欠陥の種類が複数である場合に。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to an atomic spin resonance apparatus, particularly when there are multiple types of defects in a sample that is a signal source.

電子スピン共鳴スペクトルの解析を容易に行うことので
きる電子スピン共鳴装置に関する。
The present invention relates to an electron spin resonance apparatus that can easily analyze electron spin resonance spectra.

〔従来の技術] 従来の電子スピン共鳴(以下これをESRと称す)装置
においては、例えば、物理学辞典編集委員会部「物理学
辞典」 (培風館、東京、1984年)の1387ペー
ジに解説されている原理により、試料におけるマイクロ
波の吸収量を磁場の関数として測定していた。
[Prior art] Conventional electron spin resonance (hereinafter referred to as ESR) devices are explained, for example, on page 1387 of the Physics Dictionary Editorial Committee's "Physics Dictionary" (Baifukan, Tokyo, 1984). Based on this principle, the amount of microwave absorption in a sample was measured as a function of the magnetic field.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記従来技術では、ESRスペクトルに現われる複数の
ピークが、試料中に存在する異なる種類の欠陥のうち、
どれに起因するかについての知見を得ることができず、
特に多種類の欠陥が共存する試料のESRスペクトルに
おいては、各欠陥に起因するピーク(通常は複数)が、
すべて重畳されて現われるため、スペクトルの解析が著
しく困難になるという問題があった。
In the above-mentioned conventional technology, multiple peaks appearing in the ESR spectrum are determined by the number of different types of defects present in the sample.
Unable to find out which cause is the cause,
In particular, in the ESR spectrum of a sample in which many types of defects coexist, the peaks (usually multiple) caused by each defect are
Since they all appear superimposed, there is a problem in that spectrum analysis becomes extremely difficult.

本発明の目的は、この重なり合った複数のピークを、各
欠陥に分類、帰属する手段を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a means for classifying and attributing a plurality of overlapping peaks to each defect.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、ESRスペクトルの各ピークにおいて、磁
場に変調を加え、それに伴い変動するマイクロ波吸収信
号の変調周波数成分と、第2高調波成分の位相の遅れを
検知することにより達成される。
The above object is achieved by modulating the magnetic field at each peak of the ESR spectrum and detecting the phase delay between the modulation frequency component of the microwave absorption signal and the second harmonic component, which vary accordingly.

〔作用〕[Effect]

本発明では、磁場に変調を加え、それに伴い変動するマ
イクロ波吸収信号の変調周波数成分と、第2高調波成分
の位相の遅れを検出する。さらに。
In the present invention, a magnetic field is modulated, and a phase delay between a modulation frequency component of a microwave absorption signal and a second harmonic component that fluctuates accordingly is detected. moreover.

この位相の遅れと変調周波数を組み合わせた演算から、
スピン格子緩和時間を得ることができる。
From the calculation that combines this phase delay and modulation frequency,
The spin-lattice relaxation time can be obtained.

上記位相の遅れあるいはスピン格子緩和時間は欠陥の種
類に依存するが、同じ欠陥に起因するピークでは常に一
定となる。したがって、ESRスペクトル中の複数のピ
ークを1種類の異なる欠陥へと分類、帰属することが容
易に行える。
The phase delay or spin-lattice relaxation time described above depends on the type of defect, but is always constant for peaks caused by the same defect. Therefore, it is easy to classify and attribute multiple peaks in the ESR spectrum to one type of different defect.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。第1
図は本発明になる装置の一実施例の基本構成図である。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. 1st
The figure is a basic configuration diagram of an embodiment of the device according to the present invention.

第1図において、電磁石1の磁極間に空洞共振器2.お
よび磁場変調コイル3が設置されている。空洞共振器2
内には試料4が固定できるようになっており、この試料
4には、マイクロ波源5で発生するマイクロ波、および
、電磁石1で発生する静磁場と変調コイル3で発生する
振動磁場との合成磁場が供給される。空洞共振器2から
反射してくるマイクロ波は、マイクロ波検出器6により
検出され、増幅器7により後続する信号処理に好適な電
気信号へと増幅される。変調コイル3に電流を供給する
電流増幅器8は1発振器9からの余弦信号により駆動さ
れ、変調コイル3に余弦電流を供給する1発振器9は、
電流増幅l18に供給する余弦信号と同じ周波数(以下
これをfと称する。第1図においてω=2πfである、
)の余弦信号、およびその第2高調波信号を、それぞれ
位相検波器イ10、および位相検波器口11に参照信号
として供給する0位相検波器イ10では、増幅器7から
の信号のうち、周波数fを持つ成分の振幅(第1図にお
けるA)、あるいは発振器9より供給される参照信号に
対する位相の遅れ(第1図におけるθ)を検出する。一
方、位相検波器口11では、増幅器7からの信号のうち
、周波数2fを持つ成分を取り出し、その成分の1発振
器9から供給される参照信号に対する位相の遅れ(第1
図におけるφ)を出力する。上記位相の遅れθ、および
φは切換器19により選択され、そのうちの一方と、発
振器9の発振周波数fとが、演算器12によってtan
 (θまたはφ)/(2mf)の処理を受ける。演算器
12から出力されるこの処理の結果(第1図におけるτ
l)と、位相検波器イ10の出力とは、切換器13によ
り選択され、レコーダなどの二次元記録装置14の一方
の次元の情報となる。この二次元記録装置14の他方の
次元の情報として、電磁石1の励磁電源15から、静磁
場の強度に対応する信号を入力する。この静磁場は掃引
できるようになっており、上記二次元記録装置14によ
り、第1図におけるτl、またはAの、静磁場強度に対
するスペクトルが得られる。
In FIG. 1, a cavity resonator 2. and a magnetic field modulation coil 3 are installed. Cavity resonator 2
A sample 4 can be fixed inside the sample 4, and the sample 4 receives microwaves generated by a microwave source 5, a combination of a static magnetic field generated by an electromagnet 1, and an oscillating magnetic field generated by a modulation coil 3. A magnetic field is supplied. The microwave reflected from the cavity resonator 2 is detected by a microwave detector 6 and amplified by an amplifier 7 into an electrical signal suitable for subsequent signal processing. The current amplifier 8 that supplies current to the modulation coil 3 is driven by a cosine signal from the first oscillator 9, and the first oscillator 9 that supplies the cosine current to the modulation coil 3 is
The same frequency as the cosine signal supplied to the current amplifier l18 (hereinafter referred to as f; in FIG. 1, ω = 2πf,
) and its second harmonic signal as reference signals to the phase detector A 10 and the phase detector port 11, respectively. The amplitude of the component with f (A in FIG. 1) or the phase delay (θ in FIG. 1) with respect to the reference signal supplied from the oscillator 9 is detected. On the other hand, the phase detector port 11 extracts a component having a frequency of 2f from the signal from the amplifier 7, and extracts a component having a frequency of 2f from the signal from the amplifier 7.
φ) in the figure is output. The phase delays θ and φ are selected by the switch 19, and one of them and the oscillation frequency f of the oscillator 9 are set to tan by the arithmetic unit 12.
It undergoes the processing of (θ or φ)/(2mf). The result of this processing output from the arithmetic unit 12 (τ in FIG.
1) and the output of the phase detector A 10 are selected by a switch 13 and become one-dimensional information for a two-dimensional recording device 14 such as a recorder. As information on the other dimension of the two-dimensional recording device 14, a signal corresponding to the strength of the static magnetic field is input from the excitation power source 15 of the electromagnet 1. This static magnetic field can be swept, and the two-dimensional recording device 14 obtains a spectrum of τl or A in FIG. 1 with respect to the static magnetic field strength.

次に1本実施例によって得られる知見を説明する。試料
4中の、不対電子(化学結合に関与していない電子)を
持つ欠陥は、試料4に磁場を加えると電磁波を吸収する
(電子スピン共鳴、以下これをESRと称する)、この
吸収される電磁波の周波数が一定の場合、吸収を起こす
ために加えるべき磁場強度(共鳴磁場)は、欠陥の種類
や磁場に対する方向に依存する。したがって、この共鳴
磁場の値と、上記吸収の量を調べれば、試料4中の欠陥
の種類や量を知ることができる。上記電磁波が9〜10
GHz(X帯)領域のマイクロ波である場合には、共鳴
磁場は普通3300 G Hz付近となる。
Next, the knowledge obtained from this example will be explained. Defects with unpaired electrons (electrons not involved in chemical bonds) in sample 4 absorb electromagnetic waves (electron spin resonance, hereinafter referred to as ESR) when a magnetic field is applied to sample 4. When the frequency of electromagnetic waves is constant, the strength of the magnetic field (resonant magnetic field) that must be applied to cause absorption depends on the type of defect and its direction with respect to the magnetic field. Therefore, by examining the value of this resonant magnetic field and the amount of absorption, it is possible to know the type and amount of defects in the sample 4. The above electromagnetic waves are 9 to 10
In the case of microwaves in the GHz (X band) region, the resonant magnetic field is usually around 3300 GHz.

次に、第2図により、ESRが成立している時の、電磁
波の吸収量を説明する。試料4に磁場を加えることによ
り、欠陥は低エネルギー状態(第2図におけるa)と、
高エネルギー状態(第2図におけるb)とに分かれる。
Next, with reference to FIG. 2, the amount of electromagnetic wave absorption when ESR is established will be explained. By applying a magnetic field to sample 4, the defect changes to a low energy state (a in Figure 2).
It is divided into a high energy state (b in Figure 2).

熱平衡状態での低エネルギー状態、高エネルギー状態の
数を、それぞれNa 、Nbとすると、高エネルギー状
態と低エネルギー状態とのエネルギー差をE、試料4の
温度をT、ボルツマン定数をkとして。
Let Na and Nb be the number of low-energy states and high-energy states in a thermal equilibrium state, respectively, let E be the energy difference between the high-energy state and the low-energy state, let T be the temperature of sample 4, and let k be the Boltzmann constant.

Nb/ Na=exp (−E / k T)となる、
低エネルギー状態、高エネルギー状態の実際の数を、そ
れぞれna、n−とすると1両状態の数の差na−nb
は、一定の速度(第2図における1/τ工)で、熱平衡
状態における値N a −N bに近づこうとする(こ
れをスピン格子緩和16と呼ぶ)、ここで、τlはスピ
ン格子緩和時間と称し、試料4の温度と、欠陥の種類に
依存した量である。試料4に周波数νが、ν=E/h 
(h ニブランク定数)の関係を満たす電磁波を照射す
ると、ESRが起こり、低エネルギー状態は電磁波を吸
収17して高エネルギー状態へと遷移する一方、高エネ
ルギー状態は周波数νの電磁波を放出(誘導放出18)
して低エネルギー状態へと遷移する。
Nb/Na=exp (-E/kT),
Let the actual numbers of low energy states and high energy states be na and n-, respectively, then the difference between the numbers of both states is na-nb
tries to approach the value N a - N b in thermal equilibrium at a constant speed (1/τ k in Figure 2) (this is called spin-lattice relaxation 16), where τl is the spin-lattice relaxation time The amount depends on the temperature of the sample 4 and the type of defect. Sample 4 has a frequency ν, ν=E/h
When irradiated with electromagnetic waves that satisfy the relationship (h Nyblank constant), ESR occurs, and the low energy state absorbs the electromagnetic waves17 and transitions to a high energy state, while the high energy state emits electromagnetic waves with a frequency ν (stimulated emission). 18)
and transitions to a low energy state.

吸収17と誘導放出18の確率は同じなので、ひとつの
欠陥で単位時間に、上記遷移が起こる割合をPとすると
、試料4中の欠陥で単位時間に吸収されるエネルギーは
、hνP (na−nJである。
Since the probabilities of absorption 17 and stimulated emission 18 are the same, if the rate at which the above transition occurs in one defect per unit time is P, the energy absorbed per unit time by a defect in sample 4 is hνP (na-nJ It is.

そして、上述したスピン格子緩和により単位時間に熱と
して失なわれるエネルギーは。
And, how much energy is lost as heat per unit time due to the spin-lattice relaxation mentioned above?

−h9 [(na−nb)−(Na−NJ ] /cx
=−hy[(na−Na)/ τi+hv(nb−Nb
)/liとなる。すなわち、熱平衡に近づくために、 
naコの低エネルギー状態は、単位時間あたり。
-h9 [(na-nb)-(Na-NJ] /cx
=-hy[(na-Na)/τi+hv(nb-Nb
)/li. In other words, in order to approach thermal equilibrium,
The low energy state of na is per unit time.

h9(na  Na)/τ1 の熱エネルギーを試料4から吸収して高エネルギー状態
へ遷移し、nbコの高エネルギー状態は。
Sample 4 absorbs thermal energy of h9(na Na)/τ1 and transitions to a high energy state, and the high energy state of nb is .

単位時間あたり、 h v (nIll−Nb) / ? 1のエネルギー
を熱として試料4に放出し、低エネルギー状態に遷移す
ると考えられる。結局、上述した、スピン格子緩和16
.吸収17.誘導放出18により、na@ nbの時間
変化は。
Per unit time, h v (nIll-Nb) / ? It is thought that the energy of 1 is released as heat to the sample 4, and the sample 4 transitions to a low energy state. After all, as mentioned above, the spin lattice relaxation 16
.. Absorption 17. Due to stimulated emission 18, the time change of na@nb is.

となる。したがって、nan−の時間変化は、・・・(
3) で表わせる。上述した遷移の割合Pは、電磁波の強度と
遷移効率の積で決定される0本実施例では、マイクロ波
電磁場の強度は一定とし、遷移効率を第1図における変
調コイル3による磁場変調を用いて1周期的に変動させ
ている。したがって1本実施例における遷移の割合Pは
、 P = Ps+ PIICO!l ((1) t ) 
       =(4)と表わせる。ここでPs、P−
は定数、ωは変調角振動数、tは時間である。(4)式
を(3)式に代入すると、 τ工 ・・・(5) となる、(5)式において、右辺の第2項は、右辺の他
の項よりも小さいとして、n@−nbの解を、初期条件
(t;0における条件)、 na−nb=Na−Nb のもとに、p、の−次までの範囲で求めると。
becomes. Therefore, the time change of nan- is...(
3) It can be expressed as The transition ratio P described above is determined by the product of the electromagnetic wave intensity and the transition efficiency. In this embodiment, the intensity of the microwave electromagnetic field is constant, and the transition efficiency is determined by using the magnetic field modulation by the modulation coil 3 in FIG. It is made to fluctuate in one cycle. Therefore, the transition ratio P in this example is: P = Ps+ PIICO! l ((1) t)
It can be expressed as = (4). Here Ps, P-
is a constant, ω is the modulation angular frequency, and t is time. Substituting equation (4) into equation (3) yields τ... (5) In equation (5), assuming that the second term on the right-hand side is smaller than the other terms on the right-hand side, n@- The solution of nb is found in the range up to the -th order of p under the initial condition (t; condition at 0), na-nb=Na-Nb.

となる、ここで。So, here.

L+2Psτ工 である、t=0より充分時間が経過すると。L+2Psτ , when sufficient time has passed since t=0.

xcos(ωを一φ)]      ・・・(8)とな
り、磁場変動に対して位相がφ遅れることがわかる。前
述したように、マイクロ波電磁波の吸収量にはp (n
a−nb)に比例するから、(4)式。
x cos (ω is one φ)] (8), and it can be seen that the phase is delayed by φ with respect to the magnetic field fluctuation. As mentioned above, the absorption amount of microwave electromagnetic waves is p (n
Since it is proportional to a-nb), equation (4).

および(8)式より。And from equation (8).

Koe [Ps+Pacos (c+> t) ]  
(na−nb)Na−Nb 1+2Piτl が得られる。ここで。
Koe [Ps+Pacos (c+>t)]
(na-nb)Na-Nb 1+2Piτl is obtained. here.

2 Ps t zsinφ ・・・(10) である。変調周波数fが0の場合には、(9)式におい
てω=0とし、p、が小さいという条件を使うと。
2 Ps t zsinφ (10). When the modulation frequency f is 0, use the condition that ω=0 in equation (9) and that p is small.

1+2Pgτ1 どなる、前述した(4)式の右辺においてω=0とすれ
ば、遷移の確率Pは時間に依存しない一定値。
1+2Pgτ1 If ω=0 on the right side of equation (4) mentioned above, the transition probability P is a constant value that does not depend on time.

P s + P *となるから、(11)式におけるN
 a −N b 1 + 2 (Ps+ P、) t xは、遷移の確率
Pが一定(Pa+P−)の時の定常状態における低エネ
ルギー状態と高エネルギー状態の分布の差n Jl −
n bであることがわかる。この結果は、(3)式にお
いて、P=一定として得た定た。(9)式より、スピン
格子緩和時間τ1が非常に短い場合には。
Since P s + P *, N in equation (11)
a −N b 1 + 2 (Ps+ P,) t x is the difference in the distribution between the low energy state and the high energy state in the steady state when the transition probability P is constant (Pa + P−) n Jl −
It turns out that n b. This result was obtained by assuming that P=constant in equation (3). From equation (9), if the spin-lattice relaxation time τ1 is very short.

KOI: (Na−Nb)  [Ps+Pmcos (
(11t) ]となり、マイクロ波電磁波の吸収量の時
間変動は、磁場変動に追従するが、τ1が長くなるにし
たがって、しだいに位相の遅れが生じ始め、しかも、第
2高調波成分が出現することがわかる。ここで。
KOI: (Na-Nb) [Ps+Pmcos (
(11t)], and the time variation of the amount of absorption of microwave electromagnetic waves follows the magnetic field variation, but as τ1 becomes longer, the phase gradually begins to lag, and moreover, the second harmonic component appears. I understand that. here.

第2高調波の位相の遅れφは、(7)式の簡単な関係に
より、スピン格子緩和時間τ1と結ばれている。マイク
ロ波電磁波の強度があまり強くない場合には。
The phase delay φ of the second harmonic is connected to the spin-lattice relaxation time τ1 by the simple relationship of equation (7). When the strength of microwave electromagnetic waves is not very strong.

2 Ps τt< 1            −(1
2)が成立し、 ω として、スピン格子緩和時間τ1が得られる。φ。
2 Ps τt< 1 − (1
2) holds, and the spin-lattice relaxation time τ1 is obtained as ω. φ.

あるいはtanφ/ω の値が、マイクロ波電磁波の強
度に依存しなければ、条件(12)が成立していると判
定でき、この時には(13)式によってスピン格子緩和
時間が得られる0条件(12)が成立し、しかも変調周
波数jが充分小さく。
Alternatively, if the value of tanφ/ω does not depend on the intensity of the microwave electromagnetic wave, it can be determined that condition (12) is satisfied, and in this case, the zero condition (12 ) holds true, and the modulation frequency j is sufficiently small.

τ lω (1−・−(14) が合わせて成立しているならば、(7)式より。τ lω (1-・-(14) If both hold true, then from equation (7).

φ沼τ1ω また、(10)式より θ沼τ工ω だから、(9)式は、 Koc (Na−Nb)(Ps+P+acos [(1
) (t −τ工)]−P+a”τxcos[2ω(t
−)] −Pm”τt)・・・(15) 条件(13)が成立している場合には1通常。
φNumaτ1ω Also, from equation (10), θNumaτω
) (t −τ engineering)]−P+a”τxcos[2ω(t
−)] −Pm”τt) (15) 1 normal if condition (13) is satisfied.

p、τ工(1・・・(16) も成り立つから、この場合には(15)式はさらに、K
cc  (Na−Nb)(Pg+Pacog  [(1
1(t −τx)コ・・・(17) となる、すなわち、条件(12)、 (14)、 (1
6)がいずれも成立していれば、  (17)式により
、マイクロ波電磁波の吸収量の中の1周波数fで振動す
るO       tanθ 成分の位相の遅れθから、−または□の演算ω    
      ω により、スピン格子緩和時間τlが、また、同じ成分の
振幅からは、p、が得られる。ここで、θ   tan
θ −または□、あるいは上記振幅が、マイクロω    
      ω 波型磁波の強度、および変調周波数f依存していなけれ
ば、条件(12) 、 (14) 、 (16)が成立
していると判定できる。P、は、振動する磁場の中心磁
場におけるマイクロ波電磁波の吸収量の、磁場に対する
微係数(吸収微分)に対応している。
Since p, τ(1...(16)) also holds true, in this case, equation (15) can be further transformed into K
cc (Na-Nb)(Pg+Pacog [(1
1(t −τx) (17), that is, conditions (12), (14), (1
If both of 6) hold true, then by equation (17), from the phase delay θ of the O tan θ component that oscillates at one frequency f in the absorption amount of microwave electromagnetic waves, - or □ calculation ω
ω gives the spin-lattice relaxation time τl, and the amplitude of the same component gives p. Here, θ tan
θ − or □, or the above amplitude is microω
If it is not dependent on the intensity of the ω-wave type magnetic wave and the modulation frequency f, it can be determined that conditions (12), (14), and (16) are satisfied. P corresponds to the differential coefficient (absorption differential) of the absorption amount of microwave electromagnetic waves in the central magnetic field of the oscillating magnetic field with respect to the magnetic field.

以上まとめると、 2Psτt<1              ・・・(
12)τlω(1・・・(14) P、τ1(1・・・(16) がいずれも成立している場合には、磁場変調により周期
的に変動しているマイクロ波電磁波の吸収量の中の、変
調周波数fで振動する。成分の位相の遅れθと振幅から
、スピン格子緩和時間τ1とマイクロ波電磁波の吸収量
の微係数(吸収微分)が得られ、また、変調周波数fが
大きくなり、条件(12)のみが成り立つ場合には、周
波数が2fの成分(第2高調波)の位相の遅れφから、
スピン格子緩和時間τlが求められる。
To summarize the above, 2Psτt<1...(
12) When both τlω(1...(14) P and τ1(1...(16)) hold, the amount of absorption of microwave electromagnetic waves that fluctuates periodically due to magnetic field modulation is It oscillates at a modulation frequency f of If only condition (12) holds, then from the phase delay φ of the component with a frequency of 2f (second harmonic),
The spin-lattice relaxation time τl is determined.

以上が1本実施例の動作原理と、そこから得られる知見
の解説である6次に1本実施例による測定例を第3図に
示す、第3図は、放射線損傷を与え、ホット分子ビーム
プロセスによって処理した半導体基板について、吸収微
分と、スピン格子緩和時間で1の磁場に対するスペクト
ルを測定した結果である。吸収微分には6つのピーク、
Pl。
The above is an explanation of the operating principle of this embodiment and the findings obtained therefrom.6 Next, an example of measurement by this embodiment is shown in Fig. 3. These are the results of measuring the absorption differential and the spectrum for a magnetic field with a spin-lattice relaxation time of 1 for a semiconductor substrate processed by the process. There are 6 peaks in the absorption differential,
Pl.

Pg、PM、Pl、Pst Peが、それぞれ共鳴磁場
、Hz、Hz、Ha、H4,Hs、Heの位置に現われ
ている。これと、スピン格子緩和時間τ工のスペクトル
を比較してみると、これらのピークは3種類の欠陥に起
因していることがわかり、ピークP4゜P6はτ1=t
aの欠陥、ピークPt、Pz、Pgはτ1=τbの欠陥
、ピークP8はτl=τCの欠陥に帰属できる。もちろ
ん、種類は異なるが、スピン格子緩和時間が同一の欠陥
が共存している場合には、上述の方法ではこれらを区別
できない、このような場合には、試料4の温度を変えて
同じ測定を行うことが有効である。これは、スピン格子
緩和時間の温度依存性が欠陥の種類に敏感なため、2種
類の欠陥のスピン格子緩和時間τ1がある温度で偶然一
致しても、他の温度で再び一致する可能性は、極めて少
ないことによる。
Pg, PM, Pl, and Pst Pe appear at the positions of the resonant magnetic field, Hz, Hz, Ha, H4, Hs, and He, respectively. Comparing this with the spectrum of the spin lattice relaxation time τ, it is found that these peaks are caused by three types of defects, and the peak P4゜P6 is due to τ1 = t
The defect a, peaks Pt, Pz, and Pg can be attributed to the defect τ1=τb, and the peak P8 can be attributed to the defect τ1=τC. Of course, the types of defects are different, but if there are defects with the same spin-lattice relaxation time, the above method cannot distinguish between them. In such a case, the same measurement can be performed by changing the temperature of sample 4. It is effective to do so. This is because the temperature dependence of the spin-lattice relaxation time is sensitive to the type of defect, so even if the spin-lattice relaxation times τ1 of two types of defects coincidentally match at a certain temperature, there is no possibility that they will match again at another temperature. , because there are very few.

また、ESRスペクトル中の各ピークの分類だけが目的
で、スピン格子緩和時間τ1の値そのものは不要な場合
には、単に位相の遅れθ、φについて、磁場に対するス
ペクトルを測定すれば、前述した方法と同じ手順により
ピークの分類が行えることは言うまでもない。
In addition, if the purpose is only to classify each peak in the ESR spectrum and the value of the spin-lattice relaxation time τ1 itself is not necessary, simply measuring the spectrum with respect to the magnetic field with respect to phase delays θ and φ can be performed using the method described above. It goes without saying that peak classification can be performed using the same procedure as .

さらに、スピン格子緩和時間τ1は、試料4に対する磁
場の向きには依存しない、したがって固体試料における
異方性解析の場合のように、試料4を磁場に対して回転
させて各ピーク位置の移動を追跡する場合にも、特定の
スピン格子緩和時間τlを持つピークに注目していくこ
とにより、容易に、しかも誤りなく各ピークの角度変化
を調べることができる。
Furthermore, the spin-lattice relaxation time τ1 does not depend on the orientation of the magnetic field with respect to the sample 4. Therefore, as in the case of anisotropy analysis in a solid sample, the movement of each peak position is determined by rotating the sample 4 with respect to the magnetic field. In the case of tracking as well, by focusing on peaks with a specific spin-lattice relaxation time τl, it is possible to easily and without error examine the angular change of each peak.

【発明の効果〕 以上述べたように、本発明によれば、多種類の欠陥が共
存する材料について、ESRベクトルを吸収、あるいは
吸収微分として測定した時に現われる複数のピークが、
位相の遅れ、θ、rあるいはスピン格子緩和時間τ1に
より個々の欠陥に容易に帰属できるので、複雑なESR
スペクトルの解析を著しく簡単にする効果がある。また
、スピン格子緩和時間τ1の測定も、磁場に対するスペ
クトルとして容易に行える。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, for a material in which many types of defects coexist, multiple peaks that appear when the ESR vector is measured as absorption or absorption derivative,
Complex ESR can be easily attributed to individual defects by phase lag, θ, r or spin-lattice relaxation time τ1.
This has the effect of significantly simplifying spectrum analysis. Furthermore, the spin-lattice relaxation time τ1 can also be easily measured as a spectrum with respect to the magnetic field.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例の基本構成図、第2図は第1
図の実施例の動作原理を説明するための図、第3図は第
1図の実施例を使用した結果を示す図である。 1・・・電磁石、2・・・空洞共振器、3・・・変調コ
イル、4・・・試料、5・・・マイクロ波源、6・・・
マイクロ波検出器、7・・・増幅器、8・・・電流増幅
、9・・・発振器、10.11・・・位相検波器、12
・・・演算器、13゜19・・・切換器、14・・・二
次元記録装置、15・・・励磁電源、16・・・スピン
格子緩和により失おれるエネルギー、17・・・吸収、
18・・・誘導放出。 躬 l  凹 第 2 口 第 3I!] 議場 17  ロ/i祠5ζ。 I8  持等敢出
Fig. 1 is a basic configuration diagram of an embodiment of the present invention, and Fig. 2 is a basic configuration diagram of an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining the operating principle of the embodiment shown in the figure, and is a diagram showing the result of using the embodiment of FIG. 1. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Electromagnet, 2... Cavity resonator, 3... Modulation coil, 4... Sample, 5... Microwave source, 6...
Microwave detector, 7... Amplifier, 8... Current amplification, 9... Oscillator, 10.11... Phase detector, 12
... Arithmetic unit, 13°19... Switch, 14... Two-dimensional recording device, 15... Excitation power source, 16... Energy lost due to spin lattice relaxation, 17... Absorption,
18...Stimulated emission.謬 l concave 2nd mouth 3I! ] Chamber 17 Ro/i Shrine 5ζ. I8 Dare to hold

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、試料に印加する磁場を掃引する静磁場源と、上記試
料を内包する空洞共振器と、該空洞共振器にマイクロ波
を供給するマイクロ波供給手段と、上記空洞共振器から
反射してくるマイクロ波を検知するマイクロ波検出手段
と、空洞共振器に供給したマイクロ波と空洞共振器から
反射してくるマイクロ波とから試料のマイクロ波吸収ス
ペクトルを得る手段とからなる電子スピン共鳴装置にお
いて、上記磁場に変調を加える変調磁場発生手段と、上
記磁場変調に応じて周期的に変動する上記マイクロ波検
知手段で検知されたマイクロ波信号の特定の周波数成分
を位相検波する検波手段と、上記マイクロ波信号の特定
の周波数成分の上記磁場変調に対する位相の遅れを検知
する手段を有することを特徴とする電子スピン共鳴装置
。 2、上記検波手段はマイクロ波信号のうち、磁場変調周
波数と同じ周波数成分を位相検波することを特徴とする
、特許請求の範囲第1項記載の電子スピン共鳴装置。 3、上記磁場変調に対する上記検波されたマイクロ波信
号の位相遅れと、磁場変調周波数との演算により、スピ
ン格子緩和時間を出力する手段を備えたことを特徴とす
る、特許請求の範囲第2項記載の電子スピン共鳴装置。 4、上記検波手段はマイクロ波信号のうち、磁場変調周
波数の2倍の周波数を持つ成分を位相検波することを特
徴とする、特許請求の範囲第1項記載の電子スピン共鳴
装置。 5、上記磁場変調に対する上記検波されたマイクロ波信
号の位相遅れと、磁場変調周波数との演算により、スピ
ン格子緩和時間を出力する手段を備えたことを特徴とす
る、特許請求の範囲第4項記載の電子スピン共鳴装置。 6、試料の温度を制御する手段を有することを特徴とす
る特許請求の範囲第1項乃至第5項記載のいずれかの電
子スピン共鳴装置。
[Claims] 1. A static magnetic field source that sweeps a magnetic field applied to a sample, a cavity resonator containing the sample, a microwave supply means for supplying microwaves to the cavity resonator, and a cavity resonator. It consists of a microwave detection means for detecting the microwaves reflected from the cavity, and a means for obtaining the microwave absorption spectrum of the sample from the microwaves supplied to the cavity resonator and the microwaves reflected from the cavity resonator. In the electron spin resonance apparatus, a modulated magnetic field generating means modulates the magnetic field, and a specific frequency component of a microwave signal detected by the microwave detecting means periodically fluctuating in accordance with the magnetic field modulation is phase-detected. An electron spin resonance apparatus comprising: a detection means; and a means for detecting a phase delay of a specific frequency component of the microwave signal with respect to the magnetic field modulation. 2. The electron spin resonance apparatus according to claim 1, wherein the detection means phase-detects a frequency component of the microwave signal that is the same as the magnetic field modulation frequency. 3. Claim 2, characterized by comprising means for outputting the spin-lattice relaxation time by calculating the phase delay of the detected microwave signal with respect to the magnetic field modulation and the magnetic field modulation frequency. The described electron spin resonance apparatus. 4. The electron spin resonance apparatus according to claim 1, wherein the detection means phase-detects a component of the microwave signal having a frequency twice the magnetic field modulation frequency. 5. Claim 4, characterized by comprising means for outputting the spin-lattice relaxation time by calculating the phase delay of the detected microwave signal with respect to the magnetic field modulation and the magnetic field modulation frequency. The described electron spin resonance apparatus. 6. An electron spin resonance apparatus according to any one of claims 1 to 5, characterized by having means for controlling the temperature of the sample.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0641433A1 (en) * 1993-03-19 1995-03-08 Grumman Aerospace Corporation Apparatus for non-destructive testing of dielectric/magnetic materials

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0641433A1 (en) * 1993-03-19 1995-03-08 Grumman Aerospace Corporation Apparatus for non-destructive testing of dielectric/magnetic materials
EP0641433A4 (en) * 1993-03-19 1995-08-23 Grumman Aerospace Corp Apparatus for non-destructive testing of dielectric/magnetic materials.

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