Issue
J. Phys. Radium
Volume 19, Number 11, novembre 1958
Page(s) 866 - 871
DOI https://doi.org/10.1051/jphysrad:019580019011086600
J. Phys. Radium 19, 866-871 (1958)
DOI: 10.1051/jphysrad:019580019011086600

Résonance de spin d'électrons libres

H.G. Dehmelt

(Department of Physics, University of Washington, Seattle, Washington )


Abstract
A new experimental technique for the detection of spin resonance of free thermal electrons and the measurement of the spin magnetic moment with appreciable precision is described. The electrons receive their orientation by a first exchange collision with an oriented alkali atom, are then reoriented by spin resonance and in a second exchange collision pass this reorientation on to the atoms whose orientation is monitored by the optical transmission technique, oriented atoms absorbing less resonance light than unoriented ones. Equations describing the atom-free electron orientation interdependance and an equivalent RC circuit are developed which allow to evaluate the spin exchange cross section, Q, from the experimental signal intensities. For sodium, the lower limit [FORMULE] is evaluated. This is in agreement with the theoretical upper limit [FORMULE]. For certain limiting cases the exchange cross section is shown to drop fast with increasing electron energy, E, first like [FORMULE] and, even faster, when E approaches the singlet-triplet splitting of bound levels of the negative alkali ion which are assumed to exist close to zero binding energy. This energy dependence determines the choice of experimental methods to generate the free electrons. Workable generation methods are discussed and new experimental results obtained employing photoionization of the alkali atoms are presented. The experimental apparatus is briefly described and an earlier obtained measurement of the sodium ground state free electron spin g-factor ratio [FORMULE] is cited. Analoguous experiments in which another species of alkali atoms takes the place of the free electrons are briefly reported.


Résumé
On décrit une nouvelle technique expérimentale pour détecter la résonance de spin d'électrons libres de vitesse thermique et pour mesurer le moment magnétique du spin avec une bonne précision. Les spins des électrons sont orientés par une première collision au cours de laquelle ils échangent du moment angulaire avec des atomes alcalins orientés. La résonance du spin modifie leur état d'orientation. Au cours d'une seconde collision d'échange ils transmettent leur état d'orientation aux atomes. L'état d'orientation des atomes alcalins est détecté par la technique de transmission optique. Des atomes orientés absorbent moins de lumière de résonance que des atomes non orientés. On développe des équations qui décrivent l'interdépendance d'orientation atomes-électrons et l'on montre que ces équations sont l'analogue d'un circuit RC. Grâce à cette analyse il est possible d'évaluer la section efficace d'échange de spin Q à partir des signaux d'intensités lumineuses mesurés. Pour des atomes de sodium on trouve une limite inférieure [FORMULE]. Ce résultat est en accord avec une limite supérieure théorique [FORMULE]. Pour certains cas limites la section efficace d'échange décroît rapidement lorsque l'énergie cinétique E des électrons augmente, d'abord comme [FORMULE] et plus vite encore lorsque E s'approche de l'intervalle singulet-triplet des états liés de l'ion alcalin négatif qui est supposé exister au voisinage de l'énergie de liaison nulle. Cette dépendance détermine le choix des méthodes expérimentales pour créer des électrons libres. Des méthodes de production intéressantes sont discutées. De nouveaux résultats expérimentaux sont présentés obtenus avec la méthode de photo-ionisation d'atomes alcalins. L'appareillage expérimental est décrit brièvement. On rappelle un résultat obtenu antérieurement concernant le rapport des facteurs de Landé de l'état fondamental du sodium et du spin d'électron libre : [FORMULE]. Des expériences analogues où les électrons libres sont remplacés par une autre espèce d'atomes alcalins sont brièvement rapportées.

PACS
7650 - Ferromagnetic, antiferromagnetic, and ferrimagnetic resonances; spin-wave resonance.

Key words
paramagnetic resonance and relaxation -- sodium