Αρχές φασματοσκοπίας ηλεκτρονικού παραμαγνητικού συντονισμού (EPR) και εφαρμογές στη νανοτεχνολογία

Ο ηλεκτρονικός παραμαγνητικός συντονισμός (EPR: Electron Paramagnetic Resonance) είναι μία φασματοσκοπική μέθοδος προσδιορισμού της δομής, των δυναμικών φαινομένων και της χωρικής κατανομής παραμαγνητικών συστημάτων που φέρουν ένα τουλάχιστον ασύζευκτο ηλεκτρόνιο όπως για παράδειγμα σύμπλοκα μεταλλικών ιόντων, ατέλειες και προσμίξεις σε κρυστάλλους ή γυαλιά, ελεύθερες ρίζες σε συνθετικά ή βιολογικά υλικά, κ.ά. Σε όλα αυτά τα συστήματα, οι φασματοσκοπίες EPR και ENDOR (Electron Nuclear Double Resonance) μπορούν να δώσουν μοναδική πληροφορία για την ηλεκτρονική δομή καθώς οι μαγνητικές παράμετροι όπως οι παράγοντες g, οι υπέρλεπτες αλληλεπιδράσεις ηλεκτρονικού-πυρηνικού σπιν, και οι αλληλεπιδράσεις ανταλλαγής μεταξύ ηλεκτρονικών σπιν σχετίζονται με την κυματοσυνάρτηση των ηλεκτρονίων και την διάταξη των γειτονικών πυρήνων. Σε περιπτώσεις που η ηλεκτρονική δομή μπορεί να μεταφραστεί σε όρους γεωμετρικής δομής, οι υπέρλεπτες αλληλεπιδράσεις μπορούν να δώσουν αποστάσεις πυρήνων-ασύζευκτου ηλεκτρονίου έως και 0. nm ενώ οι αλληλεπιδράσεις ανταλλαγής μπορούν να δώσουν αποστάσεις μεταξύ παραμαγνητικών κέντρων έως και nm.

Η παρούσα ομιλία δίνει μία γενική εισαγωγή στις έννοιες της φασματοσκοπίας EPR και των βασικών αρχών της φασματοσκοπίας παλμικού ENDOR και ESEEM (Electron Spin Echo Envelope Modulation). Στη συνέχεια παρουσιάζονται μονοδιάστατα πειράματα δύο και τριών παλμών καθώς επίσης και δισδιάστατες προχωρημένες τεχνικές αύξησης της διακριτικής ικανότητας ή της ευαισθησίας όπως τα πειράματα HYSCORE (Hyperfine Sublevel Correlation Spectroscopy) και νέες τεχνικές που βασίζονται σε επαναλαμβανόμενες παλμοσειρές μικροκυμάτων (pulse trains). Τέλος, παρουσιάζονται διάφορα παραδείγματα εφαρμογών όπως η ηλεκτρονική δομή συμπλόκων μεταλλικών ιόντων, πολυπυρηνικών μοριακών μαγνητών και παγιδευμένων ατόμων υδρογόνου σε ανόργανα μοριακά κελιά που αφορούν σε σύγχρονα προβλήματα νανοτεχνολογίας, όπως η ανάπτυξη κβαντικών υπολογιστών που χρησιμοποιούν σαν βασική μονάδα πληροφορίας τα ηλεκτρονικά και πυρηνικά σπιν.