實驗8-鐵磁共振

PAGE1PAGE82實驗八鐵磁共振0前言鐵磁共振(FMR)是指鐵磁介質(zhì)在恒定外磁場中，對微波電磁場的共振吸收現(xiàn)象。是鐵磁物質(zhì)中未偶電子，也即是鐵磁物質(zhì)中的電子自旋共振。鐵磁共振不僅在實驗中已可以觀察到，而且在研究鐵磁體的共振吸收和旋磁性的基礎(chǔ)上，人類發(fā)明了鐵氧體的微波線性器件；鐵磁共振也是研究鐵磁體宏觀性能與微觀結(jié)構(gòu)的有效手段。1實驗?zāi)康某醪秸莆沼梦⒉ㄖC振腔方法觀察鐵磁共振現(xiàn)象。2．掌握鐵磁共振的基本原理和實驗方法。3．測量鐵氧體材料的共振磁場,共振線寬，旋磁比以及因子和弛豫時間。實驗原理根據(jù)磁學(xué)理論可知，物質(zhì)的鐵磁性主要來源于原子或離子的未滿殼層中存在的非成對電子自旋磁矩。一塊宏觀的鐵磁體包含有許多磁疇區(qū)域，在每一個區(qū)域中，自旋磁矩在交換作用的耦合下彼此平行排列，產(chǎn)生自發(fā)磁化，但各個磁疇之間的取向并不完全一致，只有在外磁場的作用下，鐵磁體內(nèi)部的所有自旋磁矩才保持同一方向，并圍繞著外磁場方向作進動。當(dāng)鐵磁物質(zhì)同時受到兩個相互垂直的磁場即恒磁場和微波磁場的作用后，磁矩的進動情況將發(fā)生重要的變化。一方面，恒磁場使鐵磁場物質(zhì)被磁化到飽和狀態(tài)，當(dāng)磁矩原來平衡方向與有夾角時，使磁矩繞它的方向作進動，頻率為；另一方面，微波磁場強迫進動的磁矩隨著的作用而改變進動狀態(tài)，的進動頻率再不是了，而是以某一頻率繞著恒磁場作進動，同時由于進動過程中，磁矩受到阻尼作用，進動振幅逐漸衰減，如圖（8—1）所示，微波磁場對進動的磁矩起到不斷的補充能量的作用。當(dāng)維持微波磁場作用時，且微波頻率=時，耦合到的能量剛好與進動時受到阻尼消耗的能量平衡時，磁矩就維持穩(wěn)定的進動，如圖（8—2）所示。鐵磁共振的原理圖如圖（8—3）所示。在恒磁場（即）和微波磁場（即）的作用下，其進動方程可寫為：=-（×）+ (8-1)上式中為旋磁比，為朗德因子，（即）為恒磁場（即）和微波磁場（即）合成的總磁場，為阻尼力矩，此系統(tǒng)從微波磁場中所吸收的全部能量，恰好補充鐵磁樣品通過某機制所損耗的能量。阻尼的大小還意味著進動角度減少的快慢，減少得快，趨于平衡態(tài)的時間就短，反之亦然。因此這種阻尼可用弛豫時間來表示，的定義是進動振幅減小到原來最大振幅的所需要的時間。圖（8—1）進動振幅逐漸衰減圖（8—2）微波磁場作用抵消阻尼，趨于平衡圖（8—3）鐵磁共振原理圖根據(jù)磁學(xué)理論可知，磁導(dǎo)率與磁化率之間有如下關(guān)系：=1+4π (8-2)在交變磁場作用下，鐵磁物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)對磁矩的運動有阻尼作用，所以磁性材料中的磁場（即）的變化落后于交變磁場的變化，要用復(fù)數(shù)表示：=+i，其中實部決定磁性材料磁能的貯存，虛部反映交變磁能在磁性材料中的損耗。當(dāng)改變恒磁場（即）或