Hyperfine interactions in H2N

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Abstract

All of the hyperfine interactions associated with localized and delocalized electron spin in the four isotopes of the triatomic radical H2N are treated. With nuclear Zeeman energy included, the resulting magnetic-field-dependent nuclear spin states are used to calculate the energies and nuclear spin-state mixing of the nuclear levels and the corresponding hyperfine effects upon electron paramagnetic resonance (EPR) transition energies and nuclear state transition probabilities. In the absence of nuclear spin-state mixing there would be, for example, 10 EPR transitions in D215N and 15 in D214N, all ΔmI = 0 fully allowed. In the presence of mixing, there are 243 in D215N and 729 in D214N, with large differences in probability among transitions, many 0 or small. Because of numerous (at least partially allowed) transitions, spectra from isotopes of H2 N radicals are the superposition of signals at greatly different levels of saturation. In this report, EPR spectra from D215N models, with either N or 2D hyperfine interaction suppressed, are simulated as a function of microwave frequency and power × spin-lattice relaxation time product. A large range of microwave frequency (and, concomitantly, magnetic field strength) will be needed to evaluate the effect of the nuclear Zeeman energy. The experimental requirements for microwave power and low temperature (long spin-lattice relaxation rate) are quantified.PACS Nos.: 33.15.Pw, 33.35.+r, 33.25.+k

Nous étudions toutes les interactions hyperfines associées au spin électronique localisé et délocalisé dans les quatre isotopes du radical triatomique H2N. Incluant l'énergie de Zeeman nucléaire, nous utilisons les états de spin nucléaire dépendant du champ magnétique qui en résultent pour calculer les énergies et le mélange d'états de spin nucléaire des niveaux nucléaires, ainsi que les effets hyperfins sur les énergies de transition EPR et les probabilités de transition nucléaires. En l'absence de mélange d'états de spin nucléaire, il y aurait par exemple 10 transitions EPR dans D215N et quinze dans D214N, toutes ΔmI = 0 totalement permises. En présence de mélange, il y a 243 transitions dans D215N et 729 dans D214N avec de grandes différences de probabilité de transition, beaucoup de zéro ou petit. À cause du grand nombre de transitions au moins partiellement permises, les spectres des isotopes des radicaux H2N sont les superpositions de signaux à des niveaux de saturation très différents. Dans ce travail, nous simulons en fonction de la fréquence micro-onde et du produit puissance × temps de relaxation du réseau, les spectres EPR des modèles de D215N, avec suppression de l'interaction hyperfine, soit dans D2, soit dans N. Nous allons avoir besoin d'un grand domaine de fréquences micro-ondes (et de façon concomitante d'intensités de champmagnétique) pour évaluer les effets de l'énergie de Zeeman nucléaire. Nous quantifions les exigences expérimentales concernant la puissance micro-onde et la basse température (long temps de relaxation du réseau).[Traduit par la Rédaction]

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