Realizace víceúčelového měřícího systému pro (sub)terahertzovou elektronovou spinovou rezonanční spektroskopii

Abstract

Spektroskopie elektronové spinové rezonance (také nazývaná elektronová paramagnetická rezonance nebo jen EPR) zahrnuje metody, které zkoumají hmotu prostřednictvím nepárových elektronů. Jednou z progresivních metod EPR je rychlé skenování, které umožňuje pozorovat kinetiku chemických reakcí. Kromě toho nedávný vývoj vysokofrekvenčních součástkách rozšířil použití vysokofrekvenční EPR (HFEPR), které využívají sub-terahertzové až terahertzové vlny. Tato práce se zabývá propojením obou cest do HFEPR spektrometru s rychlým skenováním frekvencí (FRaScan), který byl nedávno vyvinut na CEITEC VUT. Na začátku je stručně uvedena základní teorie k EPR, následovaný přehledem přístrojového vybavení pro HFEPR. V praktické části je popsáno technické řešení spektrometru. Důraz je kladen na implementaci softwaru, pomocí kterého je spektrometr ovládán a měření jsou automatizována. Následně jsou ukázány příklady z měření pevných látek, konkrétně karbidu křemíku dopovaného vanadem (SiC:V), ftalocyaninu líthia (LiPc) a krystalu 1,3-bisdifenylen-2-fenylallylu (BDPA). Příklady demonstrují schopnosti spektrometru získat multifrekvenční vlnově spojitá EPR spektra a frekvenčně rozmítaná spektra v závislosti na teplotě a orientaci vzorku, a taky spektra pomocí rychlého skenování frekvencíElectron spin resonance (also called electron paramagnetic resonance or just EPR) spectroscopy includes methods that investigate matter via unpaired electrons. One of the progressive EPR methods is the rapid scan, which allows one to observe the kinetics of chemical reactions. Moreover, recent developments of high-frequency components expand application of high-frequency EPR (HFEPR), that use sub terahertz and terahertz waves. This thesis deals with the connection of both paths into the frequency rapid scan (FRaScan) HFEPR spectrometer that was recently developed at CEITEC BUT. A brief introduction to the theoretical background of EPR is provided, followed by an overview of the HFEPR instrumentation. The practical part describes a technical solution for the spectrometer. The emphasis is on the implementation of software through which the spectrometer is controlled, and measurements are automated. Afterward are shown example measurements of solid state materials, namely vanadium doped silicon carbide (SiC:V), lithium phthalocyanine (LiPc), and crystal of 1,3-bisdiphenylene-2-phenylallyl (BDPA). The examples demonstrate the capabilities of the spectrometer to acquire multi-frequency continuous wave spectra and frequency-swept spectra with dependency on the temperature and orientation of the sample, as well as the frequency rapid scan spectra.