Магнитный резонанс

Магни́тный резона́нс, избирательное поглощение веществом электромагнитных волн определённой частоты ${\displaystyle \omega }$, обусловленное изменением ориентации магнитных моментов частиц вещества (электронов, атомных ядер). Энергетические уровни частицы, обладающей магнитным моментом ${\displaystyle {\boldsymbol {\mu }}}$, во внешнем магнитном поле напряжённостью ${\displaystyle {\boldsymbol {H}}}$ расщепляются на магнитные подуровни (эффект Зеемана), каждому из которых соответствует определённая ориентация магнитного момента относительно направления ${\displaystyle {\boldsymbol {H}}}$. Электромагнитное поле резонансной частоты ${\displaystyle \omega }$ вызывает квантовые переходы между магнитными подуровнями. Условие резонанса: ${\displaystyle {\Delta \varepsilon }={{\text{ℏ}}\omega }}$, где ${\displaystyle {\Delta \varepsilon }}$ – разность энергий между магнитными подуровнями. Если поглощение энергии осуществляется ядрами, то магнитный резонанс называется ядерным магнитным резонансом (ЯМР). Магнитный резонанс, обусловленный магнитными моментами неспаренных электронов в парамагнетиках, называется электронным парамагнитным резонансом (ЭПР). В магнитоупорядоченных веществах (ферро-, антиферро- и ферримагнетиках) электронный магнитный резонанс называется соответственно ферромагнитным резонансом, антиферромагнитным резонансом и ферримагнитным резонансом.

Как правило, в применяемых магнитных полях с напряжённостью в диапазоне 10⁵ –10⁶ А/м часто́ты ЯМР попадают в диапазон коротких радиоволн (10⁶ –10⁷ Гц), а ЭПР – в диапазон СВЧ (10⁹ –10¹⁰ Гц). Магнитный резонанс можно регистрировать методом двойного резонанса, позволяющего наблюдать влияние резонансного возбуждения одной системы на резонансные свойства другой (например, электронной и ядерной подсистем в твёрдом теле). Спектры магнитного резонанса чувствительны к различным внутренним полям в веществе, поэтому магнитный резонанс применяется для исследования структуры твёрдых тел и жидкостей, атомной и молекулярной динамики и т. п.