Elektronenspinresonanz (ESR)

Die ESR ist eine spektroskopische Methode auf der Grundlage des magnetischen Zeeman-Effekts, die Materialien mit ungepaarten Elektronen untersucht (Radikale,  Übergangsmetallkomplexe, Dotierstoffe, Verunreinigungen und Eigenstörstellen aller Art in kristallinen oder amorphen Festkörpern). Hierzu wird die zu untersuchende Probe einem Magnetfeld ausgesetzt das eine Aufspaltung der Spinzustände der ungepaarten Elektronen bewirkt. Durch Einstrahlung von Mikrowellen mit derselben Energie (Resonanzfrequenz) erfolgt Absorption. Gemessen wird meist die erste Ableitung der Absorption bzgl. der Änderung des magnetischen Felds. Typische Mikrowellenfrequenzen sind 9 GHz bei Magnetfeldern bis 1 Tesla.

Die Aufspaltung der Spinzustände ist abhängig von der Größe des magnetischen Feldes, ihrer Wechselwirkung untereinander oder mit den Ionen ihrer Umgebung (Feinstruktur-, Hyperfeinstruktur-Wechselwirkung, etc.). Hierbei erlaubt die Beobachtung einer Hyperfeinstrukturaufspaltung eine eindeutige Identifizierung der Elemente durch die Isotopenhäufigkeit. Durch die Messung der Größe der Wechselwirkungen in Bezug auf das äußere Magnetfeld lässt sich die Symmetrie der Spinzustände bestimmen, wodurch detaillierte Aussagen über den Einbau der untersuchten Spezies in das Wirtsmaterial möglich sind (Paar- und Komplexbildung etc.).

Optisch detektierte magnetische Resonanz (ODMR)

Die ODMR verbindet die ESR mit der optischen Absorption, bzw. der Lumineszenz, hierbei kann der Nachweis über die Polarisation, aber auch über die Lunineszenzintensitäten erfolgen. Durch die Methode ist eine Korrelation der paramagnetischen Zentren zu spezifischen optischen Charakteristika der Proben möglich.   

Elektronen-Kern-Doppelresonanz (ENDOR)

Bei der Elektronen-Kern-Doppel-Resonanz (ENDOR) detektiert man nicht wie bei der ESR die elektrischen Dipolübergänge zwischen den aufgespaltenen Elektronen-Zeeman-Niveaus, sondern Übergänge zwischen den Kern-Zeeman-Niveaus. Dies geschieht mit Hilfe einer Radiofrequenz, die bei dem diskretem Magnetfeld eines ESR-Übergangs eingestrahlt wird. Im Resonanzfall wird dadurch das ESR Signal verstärkt oder abschwächt.  Die Methode erlaubt eine höhere Auflösung als die ESR Spektroskopie, erfordert aber in der Regel auch höhere Spin-Konzentrationen.