Mikroresonatoren für die ESR

• Antragsteller: Professor Dr. Dieter Suter
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie
• Förderung: Förderung von 2005 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 16297671

Eine kritische Komponente der Elektronenspinresonanz (ESR) ist der Mikrowellenresonator, welcher die eingestrahlten Mikrowellen an die Probe koppelt. Konventionelle ESR Spektrometer verwenden dafür Hohlraumresonatoren. Die minimale Größe dieser Resonatoren wird durch die Wellenlänge und damit die Frequenz der verwendeten Mikrowellen bestimmt. Es gibt jedoch eine Reihe von Fällen, in denen kleinere Resonatoren von Vorteil wären. Dazu gehören die folgenden Fälle:- Es stehen nur geringe Probenmengen zur Verfügung - Es steht nur wenig Raum für das Experiment zur Verfügung - Es werden starke Mikrowellenfelder benötigt, um kurze Pulslängen zu erzielen. - Die zu untersuchende Probe enthält elektrisch leitende Elemente, wie z.B. Drähte Um in diesen Fällen optimal arbeiten zu können schlagen wir vor, einen alternativen Resonatortyp zu entwickeln, dessen minimale Größe nicht durch die Wellenlänge beschränkt ist. Dafür sollen diskrete elektronische Komponenten verwendet werden, wie z. B. Spulen und Kondensatoren. Dieser Ansatz, welcher in der Kernspinresonanz (NMR) standardmäßig eingesetzt wird, kann auch in der ESR verwendet werden, sofern die Design-Parameter entsprechend angepasst werden. Theoretische und experimentelle Vorarbeiten haben gezeigt, dass damit sowohl die Empfindlichkeit für kleine Probenmengen wie auch die Effizienz, mit der die Mikrowellenleistung in magnetische Feldstärke umgesetzt wird, um mehrere Größenordnungen verbessert werden können. Das Ziel dieses Projektes ist, ausgehend von diesen Vorarbeiten, die Eigenschaften dieses Resonatortyps zu optimieren. Numerische Simulationsrechnungen sollen die notwendigen Daten zur Herstellung der Resonatoren liefern. Deren Eigenschaften werden elektronisch wie spektroskopisch untersucht und verfeinert. Aus dem Vergleich zwischen Simulationsrechnungen und experimentellen Messdaten werden wir insbesondere Daten darüber erhalten, wie weit dieser Resonatortyp verkleinert werden kann und wie dadurch die Empfindlichkeit und die Einkopplungseffizienz verbessert werden kann. Mögliche Anwendungen liegen im Bereich der Spektroskopie von Monolagen, nanostrukturierten Proben, bei der Spintronik und der Quanteninformationsverarbeitung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen