Розробка та характеризація керамічних вставок в металеві резонатори ЕПР спектрометрів для підвищення їх чутливості

S.V. Lemishko; I.P. Vorona; I.S. Golovina; V.O. Yukhymchuk; S.M. Okulov; V.V. Nosenko; S.O. Solopan; A.G. Belous

doi:10.15407/ujpe66.6.497

Розробка та характеризація керамічних вставок в металеві резонатори ЕПР спектрометрів для підвищення їх чутливості

Автор(и)

S.V. Lemishko V.E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine
I.P. Vorona V.E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine
I.S. Golovina V.E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine, Drexel University
V.O. Yukhymchuk V.E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine
S.M. Okulov V.E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine
V.V. Nosenko V.E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine
S.O. Solopan V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine
A.G. Belous V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.15407/ujpe66.6.497

Ключові слова:

ЕПР спектроскопiя, дiелектричнi резонатори, чутливiсть ЕПР, тетратитанат барiю

Анотація

На основi керамiки легованого тетратитанату барiю (BaTi₄O₉ + 8,5% ZnO) з дiелектричною сталою e = 36 i низькими дiелектричними втратами (tg б ≈ 1,887 · 10⁻⁴) у дiапазонi частот 9–10 ГГц розроблено дiелектричнi вставки цилiндричної форми та певних розмiрiв в стандартний металевий ЕПР спектрометр. Встановлено, що їх використання дозволяє пiдсилити сигнал ЕПР за рахунок перерозподiлу НВЧ поля всерединi стандартного прямокутного ТЕ₁₀₂ резонатора як у випадку зразкiв, що не насичуються, так i зразкiв, для яких характерне насичення сигналiв ЕПР. Зокрема, для тестових зразкiв MnCl₂, що не насичуються, отримано пiдсилення в 9 разiв, а для тестових зразкiв, що насичуються (MgO : Mn), приблизно в 1,5 рази.

Посилання

G.R. Eaton, S.S. Eaton, D.P. Barr, R.T. Weber. Quantitative EPR: A Practitioner's Guide (Springer, 2010) [ISBN: 978-3-211-9294-76].

https://doi.org/10.1007/978-3-211-92948-3

V.I. Chizhik, Y.S. Chernyshev, A.V. Donets, V. Frolov, A. Komolkin, M.G. Shelyapina. Magnetic Resonance and Its Applications (Springer, 2014) [ISBN: 978-3-319-05298-4].

https://doi.org/10.1007/978-3-319-05299-1

I. Golovina, B. Shanina, S. Kolesnik, I. Geifman, A. Andriiko. Magnetic defects in KTaO3 and KTaO3 : Fe nanopowders. Phys. Status Solidi B 249, 2263 (2012).

https://doi.org/10.1002/pssb.201248157

F. Muller, M.A. Hopkins, N. Coron, M. Grynberg, L.C. Brunel, G. Martinez. A high magnetic field EPR spectrometer. Rev. Sci. Instrum. 60, 3681 (1989).

https://doi.org/10.1063/1.1140474

Ch.P. Poole Jr. Electron Spin Resonance: A Comprehensive Treatise on Experimental Techniques (Dover, 1997) [ISBN: 978-5-94836-220-5].

G.A. Rinard, R.W. Quine, J.R. Harbridge, R. Song, G.R. Eaton, S.S. Eaton. Frequency dependence of EPR signal-to-noise. J. Magn. Reson. 140, 218 (1999).

https://doi.org/10.1006/jmre.1999.1798

V.E. Galtsev, E.V. Galtseva, O.Y. Grinberg, Y.S. Lebedev. Human tooth EPR dosimetry with enhanced sensitivity. J. Radioanal. Nucl. Chem. 186, 35 (1994).

https://doi.org/10.1007/BF02163240

Y. Deng, R.P. Pandian, R. Ahmad, P. Kuppusamy, J.L. Zweier. Application of magnetic field over-modulation for improved EPR linewidth measurements using probes with Lorentzian lineshape. J. Magn. Reson. 181, 254 (2006).

https://doi.org/10.1016/j.jmr.2006.05.010

I.N. Geifman, I.S. Golovina, V.I. Kofman, E.R. Zusmanov. The use of ferroelectric material for increasing the sensitivity of EPR spectrometers. Ferroelectrics 234, 81 (1999).

https://doi.org/10.1080/00150199908225283

I.N. Geifman, I.S. Golovina, E.R. Zusmanov, V.I. Kofman. Raising the sensitivity of the electron-paramagnetic-resonance spectrometer using a ferroelectric resonator. Techn. Phys. 45, 263 (2000).

https://doi.org/10.1134/1.1259610

I. Geifman, I.S. Golovina. Electromagnetic characterization of rectangular ferroelectric resonators. J. Magn. Reson. 174, 292 (2005).

https://doi.org/10.1016/j.jmr.2005.02.017

R.R. Mett, J.W. Sidabras, I.S. Golovina, J.S. Hyde. Dielectric microwave resonators in TE011 cavities for electron

paramagnetic resonance spectroscopy. Rev. Sci. Instrum. 79, 094702 (2008).

https://doi.org/10.1063/1.2976033

J.S. Hyde, R.R. Mett. EPR uniform fi eld signal enhancement by dielectric tubes in cavities. Appl. Magn. Reson. 48, 1185 (2017).

https://doi.org/10.1007/s00723-017-0935-4

I.S. Golovina, I.N. Geifman, V.E. Rodionov. Dielectric Resonators for EPR Spectroscopy (V.E. Lashkarev Institute of Semiconductor Physics, 2015) (in Russian) [ISBN: 978-966-02-7675-8].

R. Biehl. The dielectric ring TE 011 cavity. Bruker Report No. 1, 45 (1986).

A. Blank, E. Stavitski, H. Levanon, F. Gubaydullin. Transparent miniature dielectric resonator for electron paramagnetic resonance experiments. Rev. Sci. Instrum. 74, 2853 (2003). https://doi.org/10.1063/1.1568550

I.N. Geifman, I.S. Golovina. Magnetic resonance spectrometer. US Patent No. 7,268,549 B2. Issued Sept. 11, 2007.

A. Munir, Z.M. Khan. Microstructure and microwave dielectric properties of BaTi4O9 ceramics derived from a sol-gel precursor. Adv. Mater. Res. 326, 127 (2011). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.326.127

X. Huang, Y. Song, F. Wang. Microwave dielectric properties of BaTi4O9-BaSm2Ti4O12 composite ceramics. J. Ceram. Soc. Japan 121, 880 (2013). https://doi.org/10.2109/jcersj2.121.880

A. Belous, O. Ovchar, D. Durilin, M. Macek-Krzmanc, M. Valant. The homogeneity range and the microwave dielectric properties of the BaZn2Ti4O11 ceramics. J. Eur. Ceram. Soc. 26, 3733 (2006). https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2005.12.013

M.E. Ilchenko, V.F. Vzyatyshev, L.G. Gassanov et al. Dielectric Resonators (Radio i Svyaz', 1989) (in Russian) [ISBN: 5256002171, 9785256002176].

V.N. Syryamina, A.G. Matveeva, Y.V. Vasiliev, A. Savitsky, Y.A. Grishin. Improving B1 fi eld homogeneity in dielectric tube resonators for EPR spectroscopy via controlled shaping of the dielectric insert. J. Magn. Reson. 311, 32 (2020). https://doi.org/10.1016/j.jmr.2020.106685

Downloads

Опубліковано

2021-07-06

Як цитувати

Lemishko, S., Vorona, I., Golovina, I., Yukhymchuk, V., Okulov, S., Nosenko, V., Solopan, S., & Belous, A. (2021). Розробка та характеризація керамічних вставок в металеві резонатори ЕПР спектрометрів для підвищення їх чутливості. Український фізичний журнал, 66(6), 497. https://doi.org/10.15407/ujpe66.6.497

Завантажити посилання

Номер

Том 66 № 6 (2021)

Розділ

Напівпровідники і діелектрики

Ліцензія

Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна

Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:

1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.

2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.

3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.

4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.

5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.

6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.