La résonance de spin électronique (ESR) est une forme de spectroscopie utilisée sur les matériaux paramagnétiques - matériaux qui deviennent magnétiques lorsqu'ils sont exposés à un champ magnétique externe. ESR est aussi appelée la résonance paramagnétique électronique, ou EPR. Résonance de spin électronique a une variété d'applications en chimie et en biologie, et a même des utilisations dans des domaines tels que l'informatique quantique.
Un électron porte une charge et des tours. Il induit donc un moment magnétique. S'il est placé dans un champ magnétique externe, le moment magnétique de l'électron va s'aligner avec la direction du champ magnétique. Il est également possible de l'électron pour aligner dans le sens inverse du champ magnétique, mais cela nécessite plus d'énergie et n'est pas à l'état naturel de l'électron. C'est là le fondement scientifique pour la résonance de spin électronique.
Avec ESR, avec une substance ayant des molécules d'appoint, ou non apparié, des électrons est placée dans un champ magnétique et de l'énergie, généralement sous la forme de micro-ondes, est appliquée à celui-ci. Les électrons non appariés va absorber l'énergie électromagnétique et passer à un état d'énergie plus élevée par réaligner les moments magnétiques d'être en face du champ magnétique appliqué extérieurement. La fréquence de l'énergie absorbée par les électrons indique la structure chimique de la molécule à laquelle ils sont fixés. Ainsi, la résonance de spin électronique peut être utilisé pour déterminer la composition chimique des matériaux différents.
Il est essentiel que la substance a des électrons non appariés. C'est parce que les électrons appariés, par le principe d'exclusion de Pauli, aura spins dans des directions opposées et, par conséquent, pas de moment magnétique net. Ces matériaux sont connus comme diamagnétique et ne conviennent pas pour ESR.
Comme avec d'autres techniques de spectroscopie de résonance, les électrons utilisés dans la résonance paramagnétique électronique doivent être autorisés à se détendre et revenir à leurs états d'énergie inférieure. Sinon, tous les électrons seront excités et aucune absorption supplémentaire ne sera possible. Dans ce cas, il n'y aura rien à mesurer et, par voie de conséquence, aucun signal ne sera produit. Spin-réseau détente, où un électron donne de l'énergie à son environnement, et de relaxation spin-spin, où un électron donne de l'énergie à un autre électron, sont les deux méthodes par lesquelles la relaxation peuvent se produire.
ESR est particulièrement bien adaptée à la détection des radicaux libres, qui sont un ensemble de molécules très réactives avec des électrons non appariés. Les radicaux libres sont connus pour être la cause de plusieurs maladies, empoisonnements, et même des cancers. Ils ont également causé la carie de l'émail dentaire à un taux connu, ce qui signifie résonance de spin électronique peut être utilisé pour les dents de la date et, par extension, les humains. Excès de radicaux libres sont également présents dans la bière et le vin qui ont dépassé leur durée de vie.
ESR est également un candidat de premier plan dans plusieurs technologies de pointe. Il s'agit notamment de la photosynthèse artificielle et l'informatique quantique. Dans ce dernier cas, en affinant ESR de travailler sur un seul électron au lieu d'un groupe d'électrons, une porte logique peut être créé qui correspond à des états d'énergie du moment magnétique de l'électron.