鐵磁共振課件

鐵磁共振鐵磁共振近代物理實驗之鐵磁共振一、背景介紹二、實驗目的三、實驗原理四、實驗儀器五、實驗內(nèi)容與步驟六、注意事項七、思考題八、實驗數(shù)據(jù)表格提綱鐵磁共振一、背景介紹

鐵磁共振是于20世紀40年代發(fā)展起來的一種研究物質(zhì)宏觀性能和微觀結(jié)構(gòu)的重要實驗手段。它利用磁性物質(zhì)從微波磁場中強烈吸收能量的現(xiàn)象，與核磁共振、順磁共振一樣在磁學和固體物理學研究中占有重要地位。它能測量微波鐵氧體的共振線寬、張量磁化率、飽和磁化強度、居里點等重要參數(shù)。該項技術(shù)在微波鐵氧體器件的制造、設(shè)計等方面有著重要的應(yīng)用價值。鐵磁共振二、實驗目的了解鐵磁共振的基本原理，觀察鐵磁共振現(xiàn)象；測量微波鐵氧體的鐵磁共振線寬；測量微波鐵氧體的g因數(shù)注:鐵磁共振研究鐵原子中電子的磁共振現(xiàn)象鐵磁共振三、實驗原理——概念介紹1.磁共振：具有磁矩的物質(zhì)，在恒定磁場作用下對電磁輻射能的共振吸收現(xiàn)象。磁共振吸收譜在射頻和微波波段范圍內(nèi)，是物質(zhì)的整個電磁波譜中的長波區(qū)域。2.鐵磁共振：鐵磁物質(zhì)在一定的外加恒定磁場和一定頻率的微波磁場中當滿足共振條件時產(chǎn)生強烈吸收共振的現(xiàn)象。3.鐵氧體：鐵、其他金屬物質(zhì)等元素與氧的化合物鐵磁共振——原理概述

鐵磁物質(zhì)總磁矩在穩(wěn)恒磁場作用下,繞作進動,角頻率為,由于內(nèi)部存在阻尼作用,進動角逐漸減小,當進動角頻率等于外加微波磁場角頻率時,吸收其能量用以維持進動,此時即發(fā)生鐵磁共振。鐵磁共振——量子解釋

自旋不為零的粒子，如電子和質(zhì)子，具有自旋磁矩。如果我們把這樣的粒子放入穩(wěn)恒的外磁場中，粒子的磁矩就會和外磁場相互作用使粒子的能級產(chǎn)生分裂（塞曼分裂），分裂后兩能級間的能量差為

(1)

其中：為旋磁比，為約化普朗可常數(shù)，為穩(wěn)恒外磁場。鐵磁共振——經(jīng)典解釋續(xù)

如果此時再在穩(wěn)恒外磁場的垂直方向加上一個交變電磁場，該電磁場的能量為

(2)其中：為交變電磁場的頻率。當該能量等于粒子分裂后兩能級間的能量差時，即：（3）

(4)

低能級上的粒子就要吸收交變電磁場的能量產(chǎn)生躍遷，即所謂的磁共振。鐵磁共振共振吸收信號共振吸收信號為了滿足共振條件，通常以兩種方式實現(xiàn)：固定v改變B，這種方法稱為掃場法；固定B改變v，這種方法稱為掃頻法。BvttB(t)B(t)=B0v(t)v(t)=v0掃場法掃頻法磁共振的實現(xiàn)方法鐵磁共振——各物理量關(guān)系

旋磁比、玻爾磁子、光譜分裂因子之間有如下的關(guān)系：(5)

而玻爾磁子為(6)

鐵磁共振實際上是鐵原子中電子的自旋順磁共振，因此需用微波（約9GHZ）來提供電子躍遷所需要的能量。

（本實驗中我們固定微波頻率，通過改變外加恒定磁場的磁感應(yīng)強度來改變電子能級間距，觀察示波器信號變化來判斷共振點處的磁感應(yīng)強度）鐵磁共振——共振線寬概念

磁性物體的磁化率定義為磁化強度矢量于其內(nèi)部磁場強度矢量之比。當磁性體受到恒磁場與微波磁場共同作用時，微波磁化率為一張量。對于橢球形樣品，且恒磁場沿橢球體主軸方向時，張量磁化率的表達式為：（7）

與都為復數(shù)。其中（8）鐵磁共振——共振線寬概念續(xù)

與恒磁場間有如下圖所示的關(guān)系：Fig.1共振線寬用表示鐵磁共振——共振線寬測量

利用傳輸式諧振腔輸出功率隨恒定磁場的變化關(guān)系來確定。如采用非逐點協(xié)調(diào)，利用右圖并根據(jù)

而檢波電流與成正比關(guān)系，所以用代替即可。Fig.2B與P的關(guān)系曲線鐵磁共振四、實驗儀器Fig.3微波鐵磁共振實驗原理系統(tǒng)圖鐵磁共振五、實驗內(nèi)容和步驟-11.測微波頻率：調(diào)節(jié)固體微波信號源的頻率，使其與諧振腔共振。調(diào)節(jié)衰減器，使微安表有50μA的指示。旋轉(zhuǎn)波長表的螺旋測微器，微安表電流指示逐漸減小，當電流達最小值時，讀取螺旋測微器刻度值，對照刻度值與頻率的關(guān)系對照表，得微波頻率值。旋轉(zhuǎn)波長表的螺旋測微器，使微安表回到約50μA的指示。

鐵磁共振-2

2.測I—B曲線：旋開諧振腔上的樣品盒旋鈕，小心放入樣品。將波導有樣品的部分放入永磁鐵的中心部分。逐漸加大勵磁電流，記取勵磁電流值，同時讀微安表的讀數(shù)，根據(jù)轉(zhuǎn)換表將勵磁電流值轉(zhuǎn)換為磁感應(yīng)強度值，作曲線。據(jù)曲線求半高寬，諧振點磁感應(yīng)強度(對應(yīng)最小值)，和因子。鐵磁共振1.注意測量微波頻率后，應(yīng)將波長表的螺旋測微器旋過一定大小使微安表回到初始大??；2.測量曲線時，應(yīng)注意在達到最小時周圍應(yīng)多記錄幾個數(shù)據(jù)點。六、實驗注意事項鐵磁共振本實驗是怎樣測量磁損耗的？如何精確消除頻散效應(yīng)？實驗中是如何處理頻散效應(yīng)的？七、思考題鐵磁共振八、實驗數(shù)據(jù)表格1.測微波頻率刻度平均值：2.962mm對應(yīng)頻率：ν=9006MHz測量次數(shù)1234刻度值（mm）2.9622.9632.9612.962鐵磁共振——2求共振線寬

和g因子I(A)I(μA)B(mT)I(A)I(μA)B(mT)I(A)I(μA)B(mT)053.53.11.4249.9243.91.8157.2322.40.0553.211.81.4549.4251.01.8259.0324.80.1053.420.21.4849.2257.01.8360.2327.20.1553.929.01.5049.0261.01.8461.0329.60.2054.037.51.5348.1269.41.8562.0332.00.2554.146.01.5547.2275.01.8662.8335.40.3054.155.51.5746.6277.41.8763.0334.80.3554.264.01.5845.8278.61.8863.8336.20.4054.372.81.5945.2279.81.8964.0337.60.4554.581.91.6044.8281.01.9064.2339.00.5054.690.91.6144.0283.01.9164.9339.40.5554.798.81.6243.2285.01.9265.0339.80.6054.7106.01.6342.8287.01.9565.0341.00.6554.7115.01.6442.0289.01.9764.9345.00.7054.4125.01.6541.2291.02.0064.8351.00.7554.5135.01.6640.5292.82.0564.1360.00.8054.2145.01.6740.0294.62.1063.9370.00.8554.1150.01.6839.5296.42.1563.5379.00.9054.0159.01.6939.4298.22.2063.2381.00.9554.0175.01.7039.3300.02.2563.0391.01.0053.8175.21.7139.5302.02.3062.8400.01.0553.5184.01.7240.0304.02.3562.7409.01.1053.2194.01.7341.0306.02.4062.7419.01.1552.8201.01.7442.2308.02.4562.8421.01.2052.3210.01.7544.1310.02.5062.6431.01.2552.0217.51.7645.9312.02.5562.5440.01.3051.