Elektronspinresonans

Elektronspinresonans (ESR), också kallad elektronparamagnetisk resonans (EPR), är en spektroskopisk metod för att studera arter med fria, oparade elektroner. Metoden baseras på att elektronspinn i ett yttre magnetfält kan växla energitillstånd genom absorption av mikrovågsfotoner när resonansvillkoret uppfylls. Resonanspositionen bestäms bland annat av elektronens g-faktor och magnetfältets styrka, medan spektralens form och uppdelning påverkas av hyperfin interaktion med atomkärnor samt relaxationsprocesser.

Instrumentering inkluderar en mikrovågskälla och resonanshålighet, en kontrollerbar elektromagnet och en detektor. Vanliga driftfrekvenser är X-band (~9–10 GHz), men även Q- och W-band används. Tekniken förekommer i två huvudvarianter: kontinuerlig våg (CW-ESR) och pulserad EPR, där pulser möjliggör tidsupplösta experiment och avancerade avbildnings- och distansmätningsmetoder som DEER/PELDOR.

Historiskt påvisades elektronspinresonans av Yevgeny Zavoisky 1944, och metoden har sedan utvecklats inom kemisk fysik och materialvetenskap. Användningsområden omfattar analys av fria radikaler, övergångsmetallkomplex, kristalldefekter, spinnmärkning i biologiska makromolekyler, dosimetri och forskning kring kvantmaterial. ESR ger information om elektronisk struktur, lokala magnetiska miljöer och dynamik i system med oparade elektroner.