天游线路检测中心 磁性纳米颗粒与超顺磁共振（3）*** 磁性纳米颗粒的平行激发谱***

磁性纳米颗粒的谐振谱

磁铁矿（Fe₃O₄) 和磁赤铁矿 (γ-Fe₂O₃)磁性纳米粒子表现出“超顺磁性”。特别是，当粒径小于10 nm时，观察到非常特征的超顺磁共振谱^[1][2]图1(a)所示的光谱是粒径为5 nm的磁铁矿纳米粒子的超顺磁共振光谱。该频谱的特征是g = 2 处出现尖锐分量的谐振磁场B₀B₀ =B₀/_k观察到共振线（k = 2,3,4…）。这是g转换为值，g = 4,6,8…。诺吉诺娃等人。通过结合粒子内的角动量和纳米粒子之间的偶极相互作用模型来解释这些多重态。合成自旋角动量S在顺磁共振中变为 1 或更大，Δm_s = 不仅允许±1 的转变，而且通常禁止Δm_s =±2的转变。这个Δm_s = ±2 跃迁被称为“多量子跃迁”，Noginova 等人。认为在磁性纳米颗粒中观察到的多重态是类似的多量子跃迁^[2]。
众所周知，选择性检测多量子跃迁（禁止跃迁）的一种方法是测量平行激励谱，其中高频磁场与静磁场平行照射。使用双模腔 (ES-14040DMC)，可以通过在垂直和平行激发模式之间切换来测量光谱。作为模式验证的示例，图 1(b) 和 (d) 显示了顺磁性样品（群青蓝）的垂直和平行激发光谱的示例。在垂直激发模式下测量的洛伦兹型光谱（图1（b））是允许的跃迁，因此在平行激发模式下测量时很难观察到它们（图1（d））。还有一点B₁由于方向未对准，可见约 1/1200 的泄漏。图1(c)中的光谱是粒径为5 nm的磁铁矿纳米颗粒的平行激发光谱。稍微观察一下g=2的信号与垂直模式相比强度降低了1/1500，因此该信号可以被解释为垂直模式的泄漏。然而，g = 与垂直模式相比，位置 4,6,8,10 处的信号g = 2的信号的比率完全不同，因此可以清楚地解释为由并行模式激励引起的多量子跃迁信号。这样，平行激发光谱的测量有望对阐明未知尺寸效应引起的电子态有很大帮助。

图1 磁性纳米颗粒（Fe₃O₄) 甲苯分散溶液（粒径5 nm，125 mg/mL）和顺磁性粉末样品（群青）的垂直和平行激发模式光谱。

(a) 垂直激励模式 (Fe₃O₄)，(b) 垂直激发模式（群青蓝），(c) 平行激发模式（Fe₃O₄)，(d) 平行激发模式（群青蓝）。

*用于测量的腔体是照片中所示的ES-14040DMC。

参考：

• [1] MM诺吉诺夫等，磁性与磁性材料杂志，320, 2228-2232 (2008).
• [2] N诺吉诺瓦等，物理。修订版 B77, 014403 (2008).