Spektroskopi gelombang mikro

Spektroskopi gelombang mikro adalah metode spektroskopi yang menggunakan gelombang mikro, yaitu radiasi elektromagnetik pada frekuensi GHz, untuk mempelajari materi.

Molekul amonia _NH3 berbentuk seperti piramida setinggi 0,38 Å, dengan segitiga sama sisi hidrogen membentuk alasnya. Nitrogen yang terletak pada sumbu memiliki dua posisi kesetimbangan yang setara di atas dan di bawah segitiga hidrogen, dan ini menimbulkan kemungkinan nitrogen mengalir ke atas dan ke bawah, melalui bidang atom H. Pada tahun 1932 Dennison dkk. menganalisis energi getaran molekul ini dan menyimpulkan bahwa energi getaran akan terbagi menjadi pasangan dengan adanya dua posisi keseimbangan ini. Tahun berikutnya Wright dan Randall mengamati... pemisahan 0,67 cm^–1 pada garis inframerah jauh, yang sesuai dengan frekuensi 20 GHz, nilai yang diprediksi oleh teori. Pada tahun 1934 Cleeton dan Williams... membangun spektrometer echelle kisi untuk mengukur pemisahan ini secara langsung, sehingga memulai bidang spektroskopi gelombang mikro. Mereka mengamati garis serapan yang agak asimetris dengan maksimum pada 24 GHz dan lebar penuh pada setengah tinggi 12 GHz.^[1]

Dalam bidang fisika molekuler, spektroskopi gelombang mikro umumnya digunakan untuk menyelidiki rotasi molekul.^[2]

Dalam bidang fisika benda terkondensasi, spektroskopi gelombang mikro digunakan untuk mendeteksi fenomena dinamis muatan atau spin pada frekuensi GHz (sesuai dengan skala waktu nanodetik) dan skala energi dalam rezim μeV. Sesuai dengan skala energi ini, spektroskopi gelombang mikro pada benda padat sering dilakukan sebagai fungsi suhu (hingga rezim kriogenik beberapa K atau bahkan lebih rendah)^[3] dan/atau medan magnet (dengan medan hingga beberapa T). Spektroskopi secara tradisional mempertimbangkan respons bahan yang bergantung pada frekuensi, dan dalam studi dielektrik, spektroskopi gelombang mikro sering kali mencakup rentang frekuensi yang luas. Sebaliknya, untuk sampel konduktif maupun resonansi magnetik, percobaan pada frekuensi tetap merupakan hal yang umum (menggunakan resonator gelombang mikro yang sangat sensitif),^[4] namun pengukuran yang bergantung pada frekuensi juga dimungkinkan.^[5]

Untuk bahan isolasi (baik padat maupun cair),^[6] penyelidikan dinamika muatan dengan gelombang mikro merupakan bagian dari spektroskopi dielektrik. Di antara bahan konduktif, superkonduktor adalah kelas bahan yang sering dipelajari dengan spektroskopi gelombang mikro, memberikan informasi tentang kedalaman penetrasi (diatur oleh kondensat superkonduktor),^[4][7] celah energi (eksitasi partikel tunggal dari pasangan Cooper ), dan dinamika kuasipartikel.^[8]

Kelas material lain yang telah dipelajari menggunakan spektroskopi gelombang mikro pada suhu rendah adalah logam fermion berat dengan tingkat relaksasi Drude pada frekuensi GHz.^[5]

Gelombang mikro yang mengenai materi biasanya berinteraksi dengan muatan dan juga dengan spin (melalui komponen medan listrik dan magnet), dengan respons muatan biasanya jauh lebih kuat daripada respons spin. Namun dalam kasus resonansi magnetik, putaran dapat langsung diuji menggunakan gelombang mikro. Untuk bahan paramagnetik, teknik ini disebut resonansi spin elektron (ESR) dan untuk bahan feromagnetik resonansi feromagnetik (FMR).^[9] Dalam kasus paramagnetik, percobaan semacam itu menyelidiki pemisahan Zeeman, dengan hubungan linear antara medan magnet eksternal statis dan frekuensi medan gelombang mikro penyelidik. Kombinasi populer, seperti yang diterapkan dalam spektrometer ESR pita-X komersial, adalah sekitar 0,3 T (medan statis) dan 10 GHz (frekuensi gelombang mikro) untuk material tipikal dengan faktor g elektron mendekati 2.