磁共振方法

磁共振指固體在恆定磁場和高頻磁場同時作用下，當恆定磁場與高頻磁場的頻率滿足一定條件時，該固體對高頻電磁場的共振吸收現象。

具有不同磁性的物質在一定條件下都可能出現不同的磁共振。與電子磁性有關的主要有抗磁共振、順磁共振和鐵磁共振。

與核磁性有關的有核磁共振。各種磁共振既有共性又各有特性。其共性表現在基本原理和實驗方法類似，而特性則表現在各種共振有其產生的特定條件和不同的微觀機制。

與電子有關的磁共振頻率都在微波頻段，而核磁共振頻率則在射頻頻段。

電子繞其本身軸線自轉以及原子核的自旋都具有磁偶極矩（磁矩）。

按照量子力學規律，具有磁矩的原子和原子核在外加磁場中的能態是量子化的，即具有一系列的能級。在磁共振實驗中，把樣品放在強磁場內，樣品內原子的電子和核就處於不同的能級。

如果在垂直於磁場的平面內再加一適當頻率的交變弱磁場，以使其靜磁場產生一些變化直至共振出現時，許多原子和核就會從共振磁場吸收能量而從低能級躍遷到高能級，此時在檢測系統中可測得樣品對高頻電磁能量的吸收Pa與磁場B（或頻率W）的關係，即磁場共振吸收曲線。

根據磁共振吸收曲線的共振線寬（相應於最大共振吸收一半的磁場間隔）△B、共振吸收強度（最大共振吸收Pmax或共振曲線面積）和共振曲線形狀（包括對稱性和精細結構等）等，可以獲得樣品性質和結構方面的有關信息。

磁共振方法中所利用的磁共振主要有鐵磁共振、順磁共振、迴旋共振、核磁共振、磁雙共振。鐵磁共振可用於研究鐵磁體中動態過程和測量磁性參量。

鐵磁有序物質在恆定磁場B和高頻磁場b（ω）的同時作用下，滿足ω=γB的條件時，這鐵磁物質對高頻電磁場產生的強烈吸收現象，稱為鐵磁共振，其中γ為鐵磁物質的旋磁比，ω為高頻電磁場的角頻率。

廣義的鐵磁共振還包括其他強磁性有序（如亞鐵磁性）物質的磁共振。

鐵磁共振是1946年英國物理學家J。Griffiths在金屬Fe，Ni和Co箔中發現的，隨後在鐵氧體及其他眾多的強磁性物質中都觀測到了。

經過多年的發展，鐵磁共振不但已成為研究強磁有序物質中自旋系統運動和若干磁特性的重要方法，而且也是微波旋磁器件應用的物理基礎。

由於未成對電子的自旋產生的磁矩在磁場中吸收電磁波而產生電子磁能級躍遷的現象，稱為順磁共振，簡記作EPR。又稱為電子自旋共振，簡記作ESR。是1944年查沃斯基(Е.К.Завойский)發現的。

含有未成對電子的物質(過渡金屬離子、自由基等)電子自旋磁矩不為零，具有順磁性。與核磁共振相類似，電子磁矩在磁場中方向量子化，此磁矩取向不同，電子的能量也就不同，因而產生不同的磁能級。當外來電磁波的頻率和這些磁能級相當時，電磁波被吸收，就會產生電子自旋共振即順磁共振。

由於分子中未成對電子的自旋-軌道偶合或自旋-自旋相互作用在電子順磁共振譜中可產生多重峰，被稱為精細結構。由於核磁矩的影響，引起電子的磁能級分裂，因而電子順磁共振譜中的譜線也將分裂為多條譜線，稱為超精細結構。順磁共振是研究具有未成對電子的物質，如自由基、某些絡合物以及含有奇數電子的分子的有力工具。

在磁場中原子核對無線電波產生的影響。外界強磁場引起核子磁矩繞磁場方向發生進動，且根據量子理論，進動只沿某些特定的方向的發生。

從一個進動方向到另一個方向的變化涉及光子的吸收或發射，光子的頻率與進動頻率一致。在一定強度的穩定磁場作用下，其輻射處於射頻波段。如果將射頻從一線圈連接到樣本，再用另一線圈進行測試，那麼，隨著磁場強度的改變，輻射總是以特定的磁場值被吸收，其吸收值與磁場方向的頻率差相一致。

核磁共振譜由磁場強度對檢波器響應的曲線圖構成，可據以了解分子結構和分子中電子的位置，這是由於沿軌道運行的電子覆蓋原子核並使之在不同磁場強度下產生共振之故。

順磁共振可用於研究固體的基態能譜以及固體中的相變、弛豫和缺陷等的動力學過程。迴旋共振可用於研究半導體和金屬的能帶結構、載流子有效質量等。核磁共振可用於研究各種固體（包括無機、有機和生物大分子材料）的結構、化學鍵、相變和化學反應等過程。磁雙共振由於可利用其中的一種磁共振來探測另一種磁共振，因而研究它們可獲得更多有用信息，如電子-核雙共振方法可用來測量超精細和特超精細分裂。

現在，磁共振方法已成為物理學、化學、生物學以及材料科學、醫學科學等廣泛領域的有效研究方法。