2.3 EPR - Ressonˆancia Paramagn´etica Eletrˆonica 21
2.3 EPR - Ressonˆancia Paramagn´etica Eletrˆonica
A espectroscopia por ressonˆancia paramagn´etica do el´etron (EPR) ou ressonˆancia do
spin eletrˆonico (ESR) ´e uma t´ecnica muito utilizada no estudo das estruturas dos materiais
que apresentam um ou mais el´etrons desemparelhados em campos magn´eticos para os
quais eles entram em ressonˆancia com a radia¸c˜ao monocrom´atica. Um espectro EPR pode
ser descrito por um valor ”g”, a constante de acoplamento hiperfina A (Ipp(∆Hpp)
2
) e
a largura de linha ∆Hpp. O valor ”g”d´a informa¸c˜oes acerca da estrutura eletrˆonica
(picos estreitos est˜ao relacionados com as intera¸c˜oes de trocas isotr´opicas e picos largos
com intera¸c˜oes dipolares), e A est´a relacionada com os campos ligantes de uma esp´ecie
paramagn´etica. Os picos de absor¸c˜ao EPR dos materiais ferromagn´eticos podem ter v´arias
ordens de grandezas em rela¸c˜ao aos materiais paramagn´eticos. Os conceitos f´ısicos b´asicos
da EPR s˜ao os spins dos el´etrons do ´atomo que s˜ao excitados por um campo magn´etico
oscilante externo. Cada el´etron tem um momento magn´etico e um n´umero quˆantico de
spin s =
1
2
com componentes magn´eticas ms = +
1
2
e ms = −
1
2
.[15] Na presen¸ca de um
campo magn´etico externo B
0
, os momentos magn´eticos dos el´etrons podem se alinhar
com este campo externo em geometria paralela (ms = −
1
2
) ou antiparalela (ms = +
1
2
),
de forma que cada alinhamento tem uma energia espec´ıfica. O alinhamento paralelo
corresponde ao estado de menor energia, e o alinhamento antiparalelo ao de maior energia.
A diferen¸ca entre estes dois estados de energia ´e dada por ∆E = gµ
B
B
0
, onde g ´e o fator
g de Land´e do el´etron, µ
B
´e o magnetom de Bohr e B
0
´e o campo magn´etico aplicado
(Figura 3). Esta equa¸c˜ao implica que a diferen¸ca entre estes dois estados de energia ´e
diretamente proporcional ao campo magn´etico aplicado.[16] Um el´etron desemparelhado
pode se mover entre estes dois n´ıveis de energia, absorvendo ou emitindo uma radia¸c˜ao.
Um el´etron desemparelhado pode se mover entre estes dois n´ıveis de energia, absorvendo
ou emitindo uma radia¸c˜ao eletromagn´etica de energia ε = hν, de tal forma que a condi¸c˜ao
de ressonˆancia, ε = ∆E, ´e obedecida. Ent˜ao a equa¸c˜ao fundamental da espectroscopia
EPR ´e: hν = gµ
B
B
0
. Experimentalmente, esta equa¸c˜ao permite uma grande combina¸c˜ao
de valores de freq¨uˆencias e campos magn´eticos, mas a grande maioria das medidas de
EPR s˜ao feitas com microondas na regi˜ao entre 9 e 10 GHz, e com valores de campo
magn´etico em torno de 3500G (0,350T). No caso de um el´etron livre (g = 2,0023) um
espectro simulado ´e mostrado na Figura 4 em duas formas diferentes. Para uma freq¨uˆencia
de 9388,2 MHz, a posi¸c˜ao do campo magn´etico para a ressonˆancia ´e calculada em torno de
3350G (0,3350T). Geralmente os resultados de EPR s˜ao apresentados mostrando somente
o gr´afico da primeira derivada. Em um sistema real os el´etrons sempre est˜ao associados
com um ou mais ´atomos, podendo ganhar ou perder momento angular causando mudan¸cas