鐵磁共振.ppt

1、鐵磁共振,南京理工大學物理實驗中心,一、背景知識,鐵磁共振是于20世紀40年代發(fā)展起來的一種研究物質宏觀性能和微觀結構的重要實驗手段。它利用磁性物質從微波磁場中強烈吸收能量的現象，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。 該項技術在微波鐵氧體器件的制造、設計等方面有著重要的應用價值。,二、實驗目的,了解鐵磁共振的基本原理，觀察鐵磁共振現象； 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 注:鐵磁共振研究鐵原子中電子的磁共振現象,三、實驗原理概念介紹,1. 磁共振：具有磁矩的物質，在恒定磁

2、場作用下對電磁輻射能的共振吸收現象。磁共振吸收譜在射頻和微波波段范圍內，是物質的整個電磁波譜中的長波區(qū)域。 2. 鐵磁共振：鐵磁物質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生強烈吸收共振的現象。 3. 鐵氧體：鐵、其他金屬物質等元素與氧的化合物,原理概述,鐵磁物質總磁矩 在穩(wěn)恒磁場 作用下,繞 作進動,角頻率為 ,由于內部存在阻尼作用, 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。,量子解釋,自旋不為零的粒子，如電子和質子，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

3、級產生分裂（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，為穩(wěn)恒外磁場。,經典解釋續(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生躍遷，即所謂的磁共振。,各物理量關系,旋磁比、玻爾磁子、光譜分裂因子之間有如下的關系： （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

4、磁場的磁感應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強度）,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。其中 （8）,共振線寬概念續(xù),與恒磁場 間有如下圖所示的關系：,Fig.1 共振線寬用 表示,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系來確定。如采用非逐點協調，利用右圖并根據 而檢波電流 與 成正比關系，所以用 代替 即可。,四、實驗裝置,Fig.3 微波鐵磁共振實驗原理系

5、統圖,五、實驗步驟1,1. 測微波頻率： 調節(jié)固體微波信號源的頻率，使其與諧振腔共振。調節(jié)衰減器，使微安表有50A的指示。旋轉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系對照表，得微波頻率值。旋轉波長表的螺旋測微器，使微安表回到約50A的指示。,2,2. 測IB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 ，根據轉換表將勵磁電流值 轉換為磁感應強度值 ，作 曲線。據曲線求半高寬 ，諧振點磁感應強度 (對應 最小值)，并計算 因子。,六、實驗數據表格,1.測微波頻率 刻度平均值：2.962mm 對應頻率： = 9006MHz,2求共振線寬 和g因子,通過右圖的表格作圖可以得出共振線寬，g因子：,用非逐點調諧法測出I-B曲線：（用多晶樣品）,將諧振腔有樣品的部分放入磁場中心位置。 將線圈的“磁場”接線端接入磁共振實驗儀的“磁場”端。 調節(jié)磁共振實驗儀“磁場”旋鈕改變勵磁電流的大小（0最大,約2.5A），每改變一次，記下一組勵磁電流（A）和波導輸出電流（A）的值，測一條曲線。查表將勵磁電流值（A）轉換為對應的磁感應強度B（mT）。（中間點可用插值法估算）。測量過程中不要改變衰減量和波長表。 反過來調節(jié)勵磁電流由