Материал: Методические указания для выполнения лабараторных работ. Оптика и атомная физика

104

I Ф

I

−

т

мкА

Указания по проведению измерений

Собрать схему (рис.15.3).

Рис. 15.3

На блоке управления ИПС1 регулятором интенсивности излучения установите значение J/J₀ в диапазоне 1.0–1.2; выберете режим измерения

величине Ф = J/J0 =0.1 с шагом напряжения U = 0.5В . Значения занести в табл. 15.1.

Снять семейство вольтамперных характеристик (зависимость величи-

ны фототока I ф = I − Iт от напряжения U) для трёх значений длины волны λ с шагом напряжения U = 0.5В .

Для исключения влияния усилителя необходимо снять значения тем-

Результаты измерений занесите в таблицу 15.1. Истинное значение

фототока равно разности светового I и темнового Iт токов: I ф = I − Iт .

7. Снять семейство световых характеристик (зависимость фототока IФ от величины светового потока Ф = J J₀ ). Измерения выполнить при фикси-рованном значении напряжения U для двух длин волн с шагом по J J₀ = 0,1. Выбранное значение напряжения U и темнового тока Iт занести в верхнюю часть табл. 15.2 и 15.3. Результаты измерений занесите в табл. 15.2.

Снять спектральную характеристику фотоэлемента (зависимость ве-личины фототока от длины волны λ ) используя все 8 длин волн, значения которых написаны на крышке стенда СЗ-ОК1 и в табл. 15.3. Измерения вы-

полнять при фиксированном значении напряжения U и фиксированном зна-

105

чении величины светового потока Ф =

J J0

значения которых занести в

верхнюю часть табл. 15.3. Результаты измерений занести в табл. 15.3.

Задание по обработке результатов измерений

Используя результаты измерений в таблице 15.1 построить на милли-метровой бумаге графики зависимостей величины фототока I_ф от напряже-

ния U:

Контрольные вопросы

Чем отличается внешний фотоэффект от внутреннего?

Что такое длинноволновая граница фотопроводимости и как ее опре-делить?

Почему при освещении полупроводника его сопротивление уменьшается?

Что такое вольтамперная и световая характеристики фотосопротивлений?

Как образуются в твердом теле зоны проводимости, валентная, за-прещенная зоны?

Как зависит от температуры сопротивление (проводимость) полупро-водников?

Лабораторная работа 16. Исследование электронного парамагнитного резонанса (эпр) в слабом магнитном поле

Цель работы: исследование индуцированных квантовых переходов между зеемановскими уровнями неспаренного электрона в слабом магнит-ном поле, определение магнитного момента атома (молекулы) и времени жизни атома в возбужденном состоянии.

106

Приборы: экспериментальная установка для возбуждения квантовых пе-реходов между зеемановскими уровнями электронов – упрощенный спектро-метр электронного парамагнитного резонанса (см. рис. 16.1).

магнитному резонансу (МР) относят совокупность явлений, которые могут наблюдаться в системе частиц (ядра, электроны, атомы, молекулы и др.), обладающих моментом импульса и магнитным дипольным моментом. Одним из частных проявлений эффекта МР служит избирательное поглоще-ние системой магнитных диполей энергии внешнего электромагнитного поля определенной (резонансной) частоты.

Электронный парамагнитный резонанс

Электроны обладают собственным (спиновым) моментом импульса

В выражениях (12.1) и (12.2) е− элементарный заряд, m_e− масса покоя-щегося электрона; s− спиновое квантовое число. При написании выражения

для трех значений длин волн

λ

(вольтампер-

ные характеристики фоторезистора).

2. Постройте на миллиметровой бумаге световые кривые I_ф =

f (Ф)U = const , λ=const

по результатам измерений, полученным в табл. 15.2.

По результатам измерений из таблицы 15.3 постройте на миллиметро-вой бумаге спектральную характеристику фоторезистора I _ф = f (λ)_Ф=const .

Определите по спектральной характеристике край собственного по-

глощения λкр . По формуле (15.6) оцените ширину E = hc λкр запрещённой зоны полупроводника, из которого изготовлен фоторезистор. Пользуясь табл. 15.1 определите материал полупроводника.

– магнетон Бора – элементарный магнитный дипольный момент. Знак минус в формуле (36) указывает на то, что направления магнитного и механическо-го спиновых моментов вследствие отрицательности заряда электрона проти-воположны.

Проекции механического и магнитного спиновых моментов на заданное направление (например, на ось z) могут принимать в соответствии с общими принципами квантовой механики только дискретные значения:

Lsz = ћms; sz = –(eћ/me)ms = –2 Б · s,

(16.4)

где m_s – спиновое магнитное квантовое число. В общем случае m_s= −s; −s + 1; ... ; +s. Для электрона s= 1/2, поэтому для числа m_s возможны только два значения m_s = ±1/2. В соответствии с (12.4) L_sz= ± ћ/2 и μ_sz= ±μ_Б.

Отношение полного спинового магнитного момента электрона к его

107

называют спиновым магнитомеханическим отношением (в литературе это отношение называют иногда гиромагнитным).

В атоме электрон может обладать также орбитальными механическим L_ι и магнитным μ_ι моментами; полные значения этих моментов характеризу-ются орбитальным азимутальным квантовым числом l:

Ll =

l (l

1);

_l= −(eћ/2m_e)

l (l +1)

_Б

(l

1)

.

(16.6)

Проекции этих моментов на заданное направление, как и в случае спи-новых моментов, могут быть только квантованными:

Llz =

ml

;