Techniques expérimentales utilisées pour l'étude de la relaxation paramagnétique et de la résonance paramagnétique électronique

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Techniques expérimentales utilisées pour l’étude de la

relaxation paramagnétique et de la résonance

paramagnétique électronique

Jean Combrisson, Jean Uebersfeld

To cite this version:

EXPOSÉS

E’T

MISES

AU

POINT

_{BIBLIOGRAPHIQUES}

TECHNIQUES EXPÉRIMENTALES UTILISÉES

POUR

L’ÉTUDE

DE LA RELAXATION

PARAMAGNÉTIQUE

ET DE LA

RÉSONANCE

_{PARAMAGNÉTIQUE}

_{ÉLECTRONIQUE}

Par JEAN COMBRISSON et JEAN

UEBERSFELD,

École

_Supérieure

de _Physique et Chimie.

Sommaire. 2014 Après _un bref rappel et une définition des grandeurs

magnétiques

considérées dans les

études sur la relaxation paramagnétique et sur la résonance

_{paramagnétique}

_{électronique,} un certain nombre de

_techniques

_{expérimentales} sont décrites. Ce sont soit des

techniques

radioélectriques

(relaxa-tion),

soit des techniques pour hyperfréquences

(résonance).

JOURNAL DE PHYSIQUE

14,

DÉCEMBRE

1953,

PAGE

1.

Rappels théoriques.

1.1.

Susceptibilité

paramagnétique. -

On défi-nit la

_{susceptibilité paramagnétique}

«

statique »

y 0 d’un corps par le

rapport

6.H:

du

_changement

de moment

_magnétique

_{du corps à} la

variation

du

_champ

magnétique auquel

il est soumis. Pour une substance

non

_isotrope,

il faut considérer Xo comme un tenseur

du second

ordre;

on

_{peut porter}

son attention sur la valeur de _xo dans la direction des variations de

champ

AH,

mais alors cette valeur est une fonction des

orientations

_respectives

de

_AH,

de

_H°

_(champ

magné-tique

moyen

auquel

est soumise la

_substance)

et des axes cristallins. Pour une substance

isotrope

(ou

en

poudre),

il faut considérer les deux cas où

H°

et OH

sont

_{perpendiculaires}

et où

Ho et

AH sont

_parallèles

ct donc définir deux

_{susceptibilités :}

Zo 1 == ’Lnli si

M

est une fonction linéaire de H. En

régime

_dynamique,

c’est-à-dire si H varie sinusoïdalement autour d’une valeur

Ho :

le moment

_magnétique

varie

également

sinusoïda-lement autour de

_Me,

mais non en

_phase

avec le

champ :

Par

analogie

avec 7,-o =

AH"

on définit :

En toute

_rigueur,

_{AH, 6.M’,}

6.M" étant des vecteurs

x’

et

_X"

sont des tenseurs du second ordre

_qui,

de

plus,

dépendent

de l’orientation et de

_{l’amplitude}

de H.

On

peut,

pour les substances

isotropes

(ou

en

_poudre)

décomposer

les variations AH en variations

_parallèles

et en

variations

perpendiculaires

à

_Ho

et introduire :

XÍI’ xjj,

Z" -L,

Z" 1

En

_adoptant

la notation

_par

variables

complexes,

on est conduit à définir une

_{susceptibilité complexe :}

x’

et

_x"

_sont,

de

_plus,

fonction de la

fréquence

v

= 1w

et de

_{l’amplitude}

_Ho

du

_{champ magnétique.}

21t

y,’

est la

dispersion

paramagnétique, x"

est

l’ab-sorption paramagnétique,

on considère

_parfois

le

produit vy" :

coefficient

_{d’absorption.}

A très

baisse

fréquence, X

est

_équivalent

_{à x o} et

_X"

est nul.

_x’

et

_x"

ne sont _pas

_{indépendants,}

ils

sont liés par les relations :

Les

_travaux

sur les

_phénomènes

de relaxation

paramagnétique

(et

de résonance

_{paramagnétique}

électronique)

ont eu _{pour but} de

_{mesurer x’, x"}

_(ou

plus

exactement

_xll,

xll

ou

_{Z’_L,}

_Xi)

en fonction de

_Ho,

de la

fréquence

v, de la

température

de l’échantillon.

D’une

_{façon générale,}

il _y a

grand

intérêt à

expéri-menter à la

température

la

_plus

basse

_possible

car la

suceptibilité

augmente

et les

_pertes

_{diélectriques}

ou

par effet Joule diminuent.

1. 2. Le

_phénomène

de relaxation

_[1].

- Il est

analogue

à celui

_qui

_{existe pour les} substances

dié-lectriqùes

et

_provient

du fait que les moments

magné-tiques

élémentaires

des

_particules

ne se réorientent’

pas

immédiatement,

par suite des interactions

spin-réseau

et

_{spin-spin, spécialement}

_quand

la

température

est basse. L’étude du

_phénomène

con-siste à

_{mesurer x’ et ;(’}

pour des variations OH à

une

_période

_{du même ordre que le}

_temps

de

relaxa-tion,

en

_présence

ou non de

champ

magnétique

continu

et

à

diverses

_{températures.}

1.3. Le

_phénomène

de résonance

paramagné-tique. -

C’est

_par

_rapport

au

_phénomène

de

relaxa-tion ci-dessus

l’analogue

de ce _que

_{l’absorption}

molé-culaire des ondes H. F. est _par

_rapport

à la relaxation

725

diélectrique.

Il

_{n’apparaît}

que

lorsque

l’on étudie les variations

_{de 7’ et x"}

pour des

champs

Ho grands,

.

perpendiculaires

à la direction de /1H

_[2].

La

fréquence

de résonance v est donnée par la

relation :

où P

est le

_magnéton

de

_{Bohr, g}

le facteur de

Landé,

h la constante de Planck.

Si g

= 2

:-1 es

raies

de résonance

présentent

une structure fine et une structure

_{hyperfine [2] qu’il}

est intéressant

de mettre en évidence et d’étudier au

_point

de vue

spectroscopique.

1.4.

_Principe

des

_{expériences. -}

On étudie les

_propriétés

_magnétiques

_{(X’ ,}

_X")

d’une substance

paramagnétique

en la

plaçant

dans une

_région

de

champ

magnétique

alternatif H. F. ou U. H.

F.,

c’est-à-dire dans l’inductance d’un circuit résonnant

ou dans une cavité résonnante en un ventre de

_champ

magnétique (donc

en un noeud de

champ

électrique).

On

peut

alors au besoin

_placer

cette inductance ou

cette

cavité

dans l’entrefer d’un électro-aimant et dans un

_système

_{cryostatique.}

Étudions

comment se

_{comporte l’impédance}

d’une bobine

quand

elle

_possède

un _noyau

_{paramagnétique}

(les

résultats seraient

_identiques

pour une

_cavité).

L’inductance propre

jw Lo

devient :

oc étant un facteur « de

_{remplissage »}

_dépendant

de

la

quantité

de matière et de sa

_position.

La valeur de l’inductance étant

augmenté,

la

fréquence

de résonance du circuit est

diminuée,

un

amortissement

_{supplémentaire}

est

_apporté.

en

_{appelant Q}

et

_Q’

les coefficients de surtension du circuit avec et sans substance.

On

peut

atteindre

_x’

et

_x"

_{par la} mesure du

chan-gement

de

_fréquence

d’un circuit

résonnant

ou celle

du

_changement

de son facteur de surtension. Il est

souvent difficile de

_{séparer complètement}

les deux

phénomènes,

le désaccord d’un circuit se traduisant

par un amortissement

_apparent,

un amortissement par un

_changement

dans la

_fréquence

de résonance. On

_peut

mesurer l’atténuation

globale :

désaccord

et variation de

_{Q :}

Un accroissement de

_Z’

et

_x";

se traduit par un

accroissement de

_puissance

absorbée

_{proportionnel}

à

_{Z,’2 _+_y 12. 1 -q}

_est

d’autant

plus

grand

que a et

Q

sont

plus

grands.

Si l’on utilise un

bobinage,

il est bon de

placer

l’échantillon à son centre et de

_supprimer

l’action des variations de

_{champ électrique}

par un

_blindage.

Si l’on utilise une cavité

résonnante,

on

_place

l’échan-tillon en un noeud de

_champ

électrique

où les

_pertes

sont réduites.

2.

Appareillages électroniques.

Les

_premières

_expériences

de Gorter et de ses

collaborateurs à

_partir

de

_{19 3 5}

ont cherché à étudier le

_phénomène

de relaxation

paramagnétique,

en fonc- . tion de la

_fréquence,

de la

_{température,}

de la

pré-sence d’un

_{champ magnétique}

continu

_parallèle

ou

normal au

_champ

H. F. Dans le cas où le

_champ

continu était normal au

_champ

H.

F.,

les

expéri-mentateurs n’ont pas trouvé les courbes de

résonance,

comme on

_pourrait

_s’y

_attendre,

et ceci

_simplement

parce

qu’aux fréquences

qu’ils utilisaient,

il aurait fallu des

_champs

très

faibles,

inférieurs aux

_champs

résiduels des électroaimants.

Diverses méthodes ont été

utilisées,

elles ont été décrites dans

_l’ouvrage

de C. J. Gorter

_[1],

nous en

donnerons

_simplement

le

_principe.

2.1. Méthodes

_{calorimétriques. - Dijkstra [1],}

[3]

a mesuré la chaleur

_dissipée

dans un échantillon de matière

placé

au centre d’un

_bobinage

faisant

partie

d’un circuit oscillant. Cette chaleur est

proporiionnelle

à VT:

_{(H)2 (où}

àH:

_champ

magné-tique

oscillant valait de 20 à 2 Oe pour valant de I00 kHz à I o

_MHz).

La substance

_peut

être

_placée

dans un vase Dewar et les variations de

_température

sont mesurées au thermomètre à _gaz. Il faut

évidem-ment éviter la

présence

de toute trace

_métallique

à l’intérieur du vase et

_protéger

la substance contre le

champ électrique

H. F. en blindant extérieurement

le Dewar. On fait une

_première

mesure avec une

substance

diamagnétique

de

_composition

voisine de celle de la substance

_{paramagnétique étudiée,}

ceci pour

corriger

les effets des élévations de

tempé-rature

_parasites.

Le Dewar

_peut

être

_placé

dans le

champ

d’un électroaimant ou de bobines de Helm-holtz.

2.2. Mesure de l’amortissement d’un circuit

oscillant. -

Zavoisky

[4], [5],

désirant vérifier la théorie de

Frenkel,

a utilisé la méthode suivante : l’échantillon

_{paramagnétique}

est

_placé

dans l’induc-tance du circuit oscillant d’un oscillateur dont la

polarisation

se fait

_grâce

au courant de

_grille.

Les

variations de ce courant étant

_{proportionnelles}

-si elles sont faibles - aux variations d’amortissement

du circuit

oscillant,

il sufilt de les mesurer _pour

atteindre

_X".

La mesure se _{fait par une méthode} de

zéro

_(montage

_{potentiométrique)}

et en

_plaçant

l’inductance dans un

_champ

_magnétique

continu

normal à son axe.

_Zavoisky

a utilisé des

_longueurs

d’onde de 5 m à 35 cm, il a _{pu mettre} en évidence le

phénomène

de résonance..

2.3. Méthode par battement. - Une

variation

de x’

entraînant une

variation

d’inductance,

un

circuit oscillant

_comprenant

cette inductance verra sa

fréquence changer.

On mesure cette variation de

fréquence

à l’aide d’un

_{fréquencemètre hétérodyne}

_[6]

Il faut

prendre

soin que les variations de

_charge

de l’oscillateur

n’entraînent

pas des variations de

fréquence;

il est bon

_d’opérer

une

_première

mesure avec un sel

diamagnétique

de structures

cristalline

et

_chimique

voisines de celles du sel

_{paramagnétique}

étudié.

Fig. 1. - Méthode _{par battement.}

2 . "4.

Méthodes de

_{pont. -}

Par les méthodes de

_pont,

on

_peut

mesurer

_séparément

les variations

de l’

et celles de

_z".

Les

_premières

mesures de

_Haas,

du

Pré,

Casimir,

Clark,

Bijl [1], [7]

à

_Leyde

ont

consisté à utiliser un

_pont

à mutuelle inductance excité par un

_{générateur B. F.,}

_l’appareil

détecteur

étant un

_{galavanomètre}

à résonance.

L’échantillon,

à la

température

de l’hélium

_liquide,

est

_placé

au

centre de deux

_{bobinages concentriques,}

on

_peut

compenser et mesurer la variation de mutuelle et la variation

d’absorption.

On

_{peut également}

utiliser un

_pont

en Té ou en

double Té en haute

fréquence.

Toutes ces méthodes

_{électroniques}

mises au

_point

pour l’étude de la relaxation

paramagnétique

ont le grave défaut de ne _pas

_permettre

une étude facile de

la courbe de résonance

_{paramagnétique}

des

échan-tillons,

car elles

obligent

à

_opérer

à des

_champs

magnétiques

trop

faibles _pour

_permettre

l’utilisation

d’électroaimants. ,

Signalons cependant

que la résonance

paramagné-tique

des métaux

alcalins

a été étudiée à des

fréquences

de l’ordre _{de 9}

_MHz,

le

_champ

_magnétique,

de l’ordre

de 3 Oe est alors

_produit

_{par des bobines orientables}

avec

_précision

_par

_rapport

au

_champ

terrestre

_[8].

Ces diverses méthodes sont voisines de certaines

techniques

d’étude des

_phénomènes

de résonance

nucléaire.

3.

_{Appareillages}

pour

hyperfréquences.

Après

la guerre de

1939-1945,

le

_procédé

de choix pour l’étude

spectroscopique

de la résonance

parama-gnétique électronique

a été celui de

_{l’absorption}

des ondes

_{d’hyperfréquences}

_{par les corps}

paramagné-tiques

placés

dans un

_champ

continu. On a étudié des

_poudres,

des

monocristaux,

des dilutions

magné-tiques,

des solutions aqueuses; à la.

température

ordinaire et à des

_{températures}

_plus

basses

_atteignant

celle de l’hélium

_liquide.

Les travaux se sont

déve-loppés

avec une

_{grande rapidité}

à

_partir

de

_I947

au Clarendon

_Laboratory,

à Oxford

_(Bleaney

et

ses

_{collaborateurs),}

au

_King’s

_College,

_{à Newcastle}

(Schneider)

et dans de nombreuses Universités amé-ricaines.

_{Depuis I950,}

les

_Japonais

ont

_publié

de

nombreux travaux sur cette

_question.

En U.R.S.S. où le

_phénomène

de résonance a été mis en

_évidence,

les travaux se

_développent

_plus

lentement.

Les

_longueurs

d’onde utilisées le

_plus

souvent

sont o,

3,

1,25

et

o,85

cm. La

_plupart

des résultats

ont _{été obtenus pour 3 cm,} le

champ

continu

néces-saire étant alors de 3 ooo Oe environ. Le

_phénomène

de résonance

_{paramagnétique}

du

_proton

et les résul-tats du National Bureau of Standards sur le

_rapport

gyromagnétique

du

_{proton permettent}

une mesure

commode et très

_{précise (à}

10-4

_près)

de ce

_champ.

On

peut

aussi utiliser le

diphényltrinitrophényl-hydrazyle

[9].

Enfin certains auteurs

comparent

le

champ

de l’électroaimant- à celui d’un aimant

per-manent en

_comparant

les forces électromotrices aux

bornes de deux bobines

_qui

tournent à la même

vitesse,

l’une dans le

_champ

_magnétique

de

l’électro-aimant,

l’autre dans celui de l’aimant

_{permanent [9].}

3.1.

Montage

type. -

On

peut transposer

les

montages

radioélectriques

décrits

_{précédemment}

en

montages

pour

hyperfréquences,

les

_montages

utilisés

sont

_plus

_{précisément}

la

_{transposition}

du

_montage

de Pound pour l’étude de la résonance nucléaire. Au lieu de la

variation

d’inductance d’un circuit

réson-nant,

on étudie les variations des

_{propriétés (au}

_point

de vue

_magnétique)

d’une cavité résonnante

lors-qu’on

passe par la condition de résonance. Le schéma

de ,base des

_montages

utilisés est celui de la

figure

2

_[10].

Les ondes

_produites

par l’oscillateur U.H.F. excitent les

vibrations

d’une cavité résonnante sui-vant le mode choisi. Un atténuateur

_découple

l’oscil-lateur du circuit

d’utilisation,

un

ondemètre

permet

de mesurer la

fréquence.

L’échantillon est

_placé

dans la cavité en un ventre de

_{champ magnétique.}

Un cristal

placé

dans le

guide

de sortie détecte la

puissance

U.H.F.

transmise,

un

_{galvanomètre}

la mesure.

Ce

_montage

de base nécessite certaines

_précautions

et a subi des

_{perfectionnements.}

Fig.’ a."-Montage

type.

3. 2.

_{Montages perfectionnés. -}

3. 2. 1. Pro-duction des oscillations. -

L’oscillateur

utilisé est

un

_klystron

_reflex,

les

_puissances

mises en

_jeu

sont

Ioo mW au maximum.

_{Exceptionnellement,}

on

utilise un

_magnétron

_{pour étudier les effets de}

satu-ration. Le

_klystron

permet

éventuellement une modu-lation en

_fréquence,

ou _par

tout

ou

_rien,

des ondes U. H. F.

_qui

doivent être

stables

en

_puissance

et en

fréquence

[20].

Cette

stabilité

est réalisée par

l’emploi

d’alimentations stabilisées

_(il

est recommandé de se

servir de

_piles

et

_{accumulateurs),}

_par un

_découplage

convenable entre le

_klystron

et le circuit d’utilisation.

On fixe souvent la

fréquence

à l’aide du

_montage

classique

de Pound où une cavité sert de

discrimi-nateur,

il est

_préférable

_{que la cavité}

_{expérimentale}

elle-même

_joue

ce rôle. Puissance et

_fréquence

sont mesurées et contrôlées à l’aide d’une dérivation par

727 détecteur et d’un

_{galvanomètre.}

Cummerow et

Halliday

donnent la

_description

d’un tel

appareil-lage [11].

3.2.2. Cellule

_{expérimentale. -}

On utilise soit une

cellule

_{d’absorption}

_{constituée par} une

_portion

de

Fig. 3. - Mode

TEul d’une cavité _{cylindrique :}

lignes de force du _{champ magnétique} et _position de l’échantillon.

guide,

soit une _{cavité résonnante.} Le

_{premier procédé}

est _{réservé à l’étude des gaz, le}

_guide

est alors

_rempli

sur une certaine

_longueur

et l’on étudie la

_puissance

transmise. Pour les solides et

_liquides,

on utilise une

cavité,

le calcul reliant la

puissance

transmise par la cavité à la

susceptibilité

magnétique complexe

de la substance

qu’elle

contient est _{la même que celui}

fait en _{1.4 pour} un circuit résonnant. La cavité est

utilisée soit par transmission _{soit par}

réflexion,

les relations entre

_puissance

transmise ou

_puissance

réfléchie et

_{susceptibilité}

étant

_{analogues [12].}

Les

cavités

sont soit

_{cylindriques,}

soit

_{rectangulaires,}

l’échantillon est

_{toujours placé}

en un ventre de

_champ

magnétique.

Il y a intérêt à utiliser der

cavités

aussi

petites’

que

possibles,

ceci

_augmente

le

_rapport

du volume de l’échantillon à celui de la

cavité,

réduit

l’encombrement

et

_permet

de mieux réaliser la condi-tion

_{d’homogénéité}

du

_champ

_magnétique

continu

sur tout l’échantillon. L’utilisation du mode

_TEui

d’une cavité

_cylindrique

donne pour celle-ci un

diamètre

de 2 à 3 cm.

On utilise

_{principalement}

le

_{mode, TEnl}

d’une

cavité

cylindrique,

mode où les

_lignes

de force du

champ magnétique

ont

_l’aspect

_{indiqué figure}

3. Ce mode est le

_plus

favorable pour l’étude des

mono-cristaux et des solutions. Le monocristal est fixé

Fig. 4. - Mode

TEo011 d’une

cavité

_{cylindrique :}

lignes de force du _{champ magnétique} et _position de l’échantillon.

au centre de l’une des faces de la

cavité,

face que l’on

peut

éventuellement faire tourner autour de l’axe

du

_cylindre;

le

_{champ magnétique}

continu étant

normal

à cet axe, on

_peut

ainsi faire varier par

rap-port

à sa direction celle des axes cristallins. La solution est

_déposée

en couche mince entre le fond de la cavité et une lamelle

_couvre-objet

_pour

micros-cope, ceci diminue les

pertes

dues au fort moment

dipolaire

électrique

de l’eau

_[13].

Ce mode se

_prête

aussi à l’étude de la résonance _{d’un métal}

parama-gnétique

dont un

_disque

mince serait

placé

sur une

face

_plane

de la cavité

[9].

Le mode

_TEoll

d’une cavité

cylindrique

résonnant

sur une

_longueur

d’onde de

1,25

[14]

ou de 3 cm

_[15],

[16]

est aussi

utilisé,

la forme des

_lignes

de

_champ

est

indiquée

sur la

figure

4, l’échantillon

peut

être

placé

suivant l’axe de la cavité

_[15],

_[16].

On se sert enfin de cavités

rectangulaires

(mode TEoil

principalement)

pour des

longueurs

d’onde de 3 cm

_[17]

et _{pour des}

_longueurs

d’onde

_supérieures

dans le

_but

de diminuer les dimensions de l’entrefer

_nécessaire;

le

_guide

est alors

remplacé

par du câble coaxial

_[14].

3.2.3.

_Couptage

de la cavité

_{expérimentale}

au

guide. -

Il est réalisé de deux

_{façons :}

a. La cavité

peut

être

_couplée

directement au

guide

par

trous,

c’est le cas de la

plupart

des

appa-reillages

américains et c’est la méthode commode

Fig. 5. - Cavité couplée

par guides coaxiaux à l’oscillateur et au détecteur. Elle est _placée dans un Dewar et dans le

champ d’un électro-aimant. Un dispositif permet de faire tourner l’échantillon monocristallin.

lorsque

l’on étudie la résonance

paramagnétique

à la

température

ambiante. A ce

_type

se rattache

le mode de

_couplage

utilisé dans le

_montage

de

Lacroix et Extermann

_[17],

où la cavité est consti-tuée par une

_portion

de

_{guide comprise}

entre un trou

de

_couplage

et un

_piston

sur

_lequel

est

_déposée

la

substance

_{paramagnétique.}

b. On

_peut

_coupler

la cavité au

_guide

à l’aide

de feeders

_qui

sont,

soit des câbles coaxiaux

(pour

10 ou 3

_cm),

soit des

_guides

de faible section

_(pour

1

_cm).

Ces feeders

jouent également

le rôle d’atténuateurs.

Ce

_dispositif

est _{utilisé pour les}

_expériences

à basse

température,

car on

_peut

alors

placer

facilement la

cavité dans un vase Dewar

_[10]

(fige 5).

On bénéficie donc d’une

_absorption

_{plus importante}

à la résonance par suite d’un accroissement de la

susceptibilité

(loi

de

_Curie),

des

_plus

faibles

pertes diélectriques,

d’un coefficient de surtension de la cavité

beaucoup

plus important.

3.2.4.

Conditions

_optima

pour obtenir une

_grande

sensibilité. - Schneider

_{[13], [18]}

a

_indiqué

l’am-plitude

du

_signal

que l’on

peut

obtenir dans le cas

de la cellule

_{d’absorption (guide}

_d’onde)

et dans le cas

de la cavité. Sa formule montre que dans ce dernier cas le coefficient de surtension de

la

cavité

(avec

cas si la cavité est

_{complètement remplie}

_[10]

-et que le

rapport

du volume de l’échantillon à celui de la cavité doit être

_grand.

On obtient une condi-tion

_optimum

quand

le coefficient de surtension de la

cavité

_remplie

est les deux tiers de celui de la cavité

vide.

3.3. Autres

_types

de

_{montages. -}

Dans le

but

d’augmenter

la

sensibilité,

on a utilisé des

méthodes de zéro

_(ponts)

et des méthodes de détection par

hétérodyne.

3.3.I. Utilisation

d’un

Té

_{magique. -}

L’oscil-. lateur est

placé

dans un bras du

_Té,

le cristal

détec-Fig. 6. -

Montage utilisant un Té magique.

teur dans le bras

conjugué.

Les deux bras

symé-triques

contiennent l’un la cavité

expérimentale,

l’autre une

_impédance

_réglable

ou une cavité

identique

identiquement

remplie

et non

_placée

_dans le

_champ

magnétique.

En l’absence de

_résonance,

le Té est

équilibré,

à la résonance il y a un

_{déséquilibre}

_qui

peut

être mesuré ou

_enregistré.

_La

_figure

6 donne

le schéma de

_{l’appareillage}

_{utilisé par Whitmer} et

ses collaborateurs

[12].

On

_peut

mesurer à l’aide d’un Té :

_{x’2 + x"2}

ou

_{séparément X’ ou x" ;}

_(au

moins en valeurs

_{relatives) [13].}

3.3.2. Utilisation d’un «

_{Hybrid ring}

». - Elle

permet

une méthode de zéro comme celle d’un Té. 3.3.3. Détection

hétérodyne.

- On

peut [13]

superposer à la méthode de

pont

l’utilisation

d’un oscillateur local

_qui

permet

un

_montage

superhé-térodyne

( fcg. 7).

Fig. 7. -

Montage du Docteur Schneider : utilisation d’un

pont

(hybrid ring)

d’une détection

_hétérodyne

d’une modu-lation du

_{champ magnétique.}

Les ondes U. H. F.

_apparaissant

dans un bras du

pont

au moment de la résonance sont

_mélangées

à l’aide d’un cristal avec les ondes U. H. F.

_provenant

d’un autre

klystron

oscillant à une

_fréquence

calée à

_f

(45

MHz par

exemple)

de celle de l’oscillateur

prin-cipal.

Un

_{amplificateur}

H.

F. accordé sur

_f

est

_placé

à la sortie du

cristal

mélangeur.

On détecte finalement la moyenne

fréquence f amplifiée.

Cette méthode

accroît notablement

la

sensibilité,

elle

_permet

donc d’étudier les structures

_hyperfines

de la résonance

des solutions très diluées

et,

d’une manière

_générale,

la détection d’un

_petit

nombre de centres

parama-gnétiques

(centres

F,

par

exemple).

Les

_expériences

à

1,25

cm ne _{nécessitent pas} un

_montage

aussi

sensible,

car on

_peut

réaliser des

_{rapports :}

volume de l’échan-tillon à volume de la cavité

beaucoup

plus grands.

De

plus,

à

basse

température

les effets

_magnétiques

étant

plus élevés,

le

montage

direct est

_{généralement}

suffisant.

3. 4. Méthodes de détection. - 3.4. 1. Mesure de la

puissance

transmise. - On désire tracer la

courbe de résonance :

_1’,

_Z"

ou

_x’2

+

_x"2

en fonction de

Ho

point

par

point.

Pour

cela

on utilise un cristal

détecteur et un

_{galvanomètre,}

l’ensemble

_ayant

été

préalablement

étalonné en

_{puissance [10];}

on

_peut

aussi moduler le

_klystron

_{par tout} ou rien

_[11],

donc

remplacer

le

_{galvanomètre}

_par un

_{amplificateur}

B.F. sélectif. L’ensemble est étalonné à l’aide d’un

atté-nuateur calibré. Nous avons utilisé une méthode

analogue [15] :

la

_fréquence

du

_klystron

est modulée

sinusoïdalement

_{(ce qui}

est

_légitime

_moyennant

certaines

précautions)

et la tension B. F. obtenue aux

bornes du cristal détecteur est

_amplifiée

et mesurée. On mesure l’atténuation due au

_phénomène

de

réso-nance en la

comparant

à celle d’un atténuateur

calibré.

Weidner et Whitmer

_[19]

modulent la

_fréquence

du

_klystron

en très basse

fréquence : o, 5 Hz

en

faisant osciller

_{mécaniquement}

le

_piston

de la cavité

de

contrôle

de

_fréquence

du

_montage

de

_Pound;

en notant le

_point

_{d’absorption}

maximm de la cavité

pour un

_champ

_magnétique

continu

_fixe,

on obtient

la valeur du coefficient

_{d’absorption.}

.

3. 4. 2. Obtention du

_spectre

des raies

d’absorption.

-La

plupart

des

_{expérimentateurs}

ont été intéressés par l’étude

spectroscopique

des raies

d’absorption

(structure

hyperfine).

Le

_champ

_magnétique

H est

alors modulé sinusoïdalement à 5o Hz à l’aide d’un enroulement

_{supplémentaire.}

Cette modulation est

transmise aux

_plaques

de déflexion

horizontale

d’un

oscillographe cathodique.

A la condition de

résonance,

la tension de sortie aux bornes du cristal détecteur est modulée à 5o

Hz,

on

_peut

_{l’amplifier,}

la détecter

et

_{l’appliquer}

aux bornes des

_plaques

de déflexion

verticale

de

_{l’oscillographe.}

Le

_spectre

_apparaît

sur l’écran.

Cette méthode est la seule

_capable

actuellement

de mettre en évidence des

phénomènes

très

fins,

elle est

schématisée

à la

figure

7.

Malheureusement,

l’interaction entre les

_{inhomogénéités}

du

_champ

continu et le

_champ

alternatif

introduisent un bruit

supplémentaire qui

s’ajoute

aux

fluctuations

du

klystron

et au bruit des

_{amplificateurs.}

C’est en

diminuant ces sources de

bruit,

en

_particulier

en

amé-liorant

l’homogénéité

du

_champ

continu en le

modu-lant à

_plus

basse

_fréquence

_{que l’on}

_{peut espérer}

augmenter

la finesse de résolution.

729 d’articles fondamentaux traitant des

_techniques

_(Collège

de

_France)

_{pour les facilités}

_qu’il

nous a

expérimentales,

celles-ci restant les mêmes dans _{données pour} nos recherches

_{bibliographiques.}

de nombreuses

_{publications.}

Nous remercions M. Blanc

Manuscrit

reçu

le 26 juin 1953.

BIBLIOGRAPHIE.

Ouvrages à consulter :

BLENNEY B., STEVENS K. W. H., -

Paramagnetic

résonance.

Rep. Progr. Phys., G. B., 1953, p. 108.

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HIRSHON J. M., WHITE R. L. et FRAENKEL G. K.

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Complément bibliographique à la mise au _{point :} Résonance paramagnétique électronique :

historique et _{principaux résultats,} par J. UEBERSFELD et J. COMBRISSON

(J. Physique Rad., 1953, 14, 104).

Ce complément met la

bibliographie

à jour jusqu’en

avril-main 1953, et comble _quelques lacunes. Nous avons _gardé la même division _analytique et _adopté des numéros faisant suite à ceux de la

première

bibliographie. Les articles de caractère théorique sont précédés d’un astérisque.

Études

générales

du problème.

[150]

ALTSCHULER S. A.

(Perméabilité

et _absorption

magné-tique). - J.

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1950,

20, 1047.

*[151]

ANDERSON P. W. et WEISS P. R.

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d’échange).

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[152] DARROW K. K. 2014

(Mise

au _point sur la résonance

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Syst. Techn. J., 1953, 32, 384.

[153]

DEVRIJER F. W. et GORTER C. J. _(Relaxation dans l’alun de _{chrome). 2014 Physica, 1952, 18, 549.}

[154] ESCHENFELDER A. H. et WEIDNER R. T.

_(Effets

de saturation à basse

_{température).}

-

Phys.

Rev., 1953, 90, 358.

[155]

FUGIMOTO M. et ITOH J. _(Résonance de _{monocristaux).}

-

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GIULOTTO L. et LEVI SETTI R. _{(Enregistrement} des courbes de _résonance). 2014 Nuovo

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[157]

HIRSHON J. _{M., WHITE} R. L. et FRAENKEL G. K.

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(stabilisation

en

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- Rev. Sc

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[158] HUTCHISON C. A. et SINGER L. S. _(Sels de Mn++

V++). 2014

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[159]

KOZYREV B. M., SALIKOV S. G. et SHAMONIN

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[160]

MALVANO R. Mise au _point sur les effets

magnéto-optiques aux

_{hyperfréquences).}

- Nuovo

Cimento, 1952, 9, suppl. n° _{3, 340.}

[161] OVERHAUSER A. W.

_(Relaxation

dans les métaux).

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STEVENS K. W. H. (Interaction d’échange). - Rev.

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WEIDNER R. T. et WHITMER C. A. _{(Appareillage).}

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Yu TING et WILLIAMS D. -

Phys. Rev., 1951, 82, 507.

Aluns (Structure fine,

Anisotropie).

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KIP A. P., DAVIS C. F., JENNINGS L., REINER D. et MALVANO R.

_(Résonance

.de l’alun de chrome à diverses

_{températures).}

- Nuovo

Cimento, 1951,

8, 683.

[168]

MALVANO R.

(Résonance

de l’alun de _chrome).

-Nuovo _{Cimento, 1949,} 6, 161.

[169]

MALVANO R. et PANETTI M. - Nuovo

Cimento,

1950,

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Fe3+.

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BLEANEY B. et INGRAM D. J. E. - Proc.

Phys. Soc., 1952, 65 _A,

_953.

[171] TRENAM R. S.

_(Moment

_magnétique nucléaire de _57Fe).

- Proc. Phys. Soc., 1953, 66 A,

414.

Mn++.

[172]

INGRAM D. J. E. - Proc. Phys. Soc.,

1953,

66 A, 412, Cr3+.

[173]

BOWERS K. D. 2014 Proc. _{Phys. Soc.,}

_1952,

65 A, 860.

V++

[174]

BAKER J. M. et BLEANEY B.

(Spin

nucélaire de 50V).

- Proc.

Phys. Soc., 1952, 65 A, 952.

[175]

KIKUCHI C., SIRVETZ M. H. et COHEN V. W.

_(Spin

nucléaire de 50V). -