Resonancia del Espín Electrónico

Cuando las moléculas de un sólido muestran paramagnetismo como resultado de espines electrónicos no pareados, se pueden inducir transiciones entre los estados de espín, aplicando un campo magnético y luego proporcionando energía electromagnética, normalmente en el rango de frecuencias de microondas. Los espectros de absorción resultantes se describen como resonancias de espín electrónico (ESR) o resonancia paramagnética electrónica (EPR). La resonancia de espín electrónico se ha utilizado como herramienta de investigación en el estudio de los radicales formados en materiales sólidos, ya que los radicales producen típicamente una espín no pareado en la molécula de la que se extrae el electrón. Especialmente fructífero ha sido el estudio de los espectros de los radicales ESR producidos como daños por radiación de la radiación ionizante. El estudio de los radicales producidos por dicha radiación, da información acerca de las ubicaciones y los mecanismos dañados por la radiación.

La interacción de un campo magnético externo con un espín de electrones depende del momento magnético asociado con el espín. La naturaleza de un espín de electrón aislado es tal, que son posibles dos orientaciones y solo dos. La aplicación del campo magnético entonces, proporciona una energía potencial magnética que divide los estados de espín en una cantidad proporcional al campo magnético (efecto Zeeman), y entonces la radiación de radiofrecuencia apropiada, puede causar una transición de un estado de espín a otro. La energía asociada con la transición se expresa en términos del campo magnético aplicado B, el factor g del espín electrónico, y la constante m_B que se llama magnetón de Bohr.

Si la excitación de radiofrecuencia fuera suministrada por un klistrón a 20 GHz, el campo magnético necesario para la resonancia sería de 0,71 Tesla, un campo magnético considerable, típicamente suministrado por un imán grande de laboratorio.

Si se estuviera siempre tratando de sistemas con un solo espín como en este ejemplo, entonces la ESR siempre consistiría en una sola línea, y tendría poco valor como herramienta de investigación, pero varios factores influyen en el valor efectivo de g en diferentes situaciones. Mucha de la información obtenible a partir de la ESR, proviene de los desdoblamientos causados por las interacciones con los espines nucleares en las proximidades de un espín no pareado, desdoblamientos llamados estructura hiperfina nuclear.

Estructura Hiperfina Nuclear en el Espectro de la ESR