Apa itu resonansi spin elektron?

Electron Spin Resonance (ESR) adalah bentuk spektroskopi yang digunakan pada bahan paramagnetik mdash;Bahan yang menjadi magnet ketika terpapar medan magnet eksternal.ESR juga disebut sebagai resonansi paramagnetik elektron, atau EPR.Resonansi spin elektron memiliki berbagai aplikasi dalam kimia dan biologi, dan bahkan memiliki penggunaan di bidang seperti komputasi kuantum.

Sebuah elektron membawa muatan dan putaran.Oleh karena itu ia menginduksi momen magnetik.Jika ditempatkan di medan magnet eksternal, momen magnet elektron akan sejajar dengan arah medan magnet.Dimungkinkan juga elektron untuk menyelaraskan ke arah yang berlawanan dari medan magnet, tetapi ini membutuhkan lebih banyak energi dan bukan keadaan alami elektron.Ini adalah fondasi ilmiah untuk resonansi spin elektron.

dengan ESR, zat dengan molekul yang memiliki elektron ekstra, atau tidak berpasangan, ditempatkan ke dalam medan magnet dan energi, biasanya dalam bentuk gelombang mikro, diterapkan padanya.Elektron yang tidak berpasangan akan menyerap energi elektromagnetik dan bergerak ke keadaan energi yang lebih tinggi dengan menyelaraskan kembali momen-momen magnetiknya untuk berlawanan dengan medan magnet yang diterapkan secara eksternal.Frekuensi energi yang diserap oleh elektron menunjukkan struktur kimia molekul yang melekat.Dengan cara ini, resonansi spin elektron dapat digunakan untuk menentukan komposisi kimia dari berbagai bahan.

Sangat penting bahwa zat tersebut memiliki elektron yang tidak berpasangan.Ini karena elektron berpasangan, sesuai prinsip eksklusi Pauli, akan memiliki putaran dalam arah yang berlawanan dan, oleh karena itu, tidak ada momen magnetik bersih.Bahan -bahan ini dikenal sebagai diamagnetik dan tidak cocok untuk ESR.

Seperti teknik spektroskopi resonansi lainnya, elektron yang digunakan dalam resonansi spin elektron harus dibiarkan bersantai dan kembali ke keadaan energi yang lebih rendah.Jika tidak, semua elektron akan bersemangat dan tidak ada penyerapan lebih lanjut.Dalam hal ini, tidak akan ada yang diukur dan, akibatnya, tidak ada sinyal yang akan diproduksi.Relaksasi spin-lattice, di mana elektron memberikan energi ke lingkungannya, dan relaksasi spin-spin, di mana elektron memberikan energi ke elektron lain, adalah dua metode di mana relaksasi dapat terjadi.

ESR sangat cocok untuk mendeteksi bebas gratisRadikal, yang merupakan seperangkat molekul yang sangat reaktif dengan elektron tidak berpasangan.Radikal bebas diketahui sebagai penyebab beberapa penyakit, keracunan, dan bahkan kanker.Mereka juga menyebabkan pembusukan enamel gigi pada tingkat yang diketahui, yang berarti resonansi putaran elektron dapat digunakan untuk tanggal gigi dan, dengan ekstensi, manusia.Kelebihan radikal bebas juga hadir dalam bir dan anggur yang melewati masa simpan mereka.

ESR juga merupakan kandidat terkemuka dalam beberapa teknologi mutakhir.Ini termasuk fotosintesis buatan dan komputasi kuantum.Dalam yang terakhir, dengan menyempurnakan ESR untuk bekerja pada satu elektron alih-alih sekelompok elektron, gerbang logika dapat dibuat yang sesuai dengan keadaan energi momen magnetik elektron.