铁磁共振

铁磁共振 ????? 2.3.2 （本文 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 选自高等教育出版社《大学物理实验》） 在微波波段（参考附录），只有铁氧体对微波吸收最小。当满足一定条件时，磁性物质从微波 磁场中强烈吸收能量的现象称为铁磁共振，它和核磁共振、顺磁共振一样也是研究物质宏观性能和 微观结构的有效手段。它能测量微波铁氧体的许多重要参数，因此，广泛应用于微波铁氧体器件的 制造、 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ，对雷达和微波技术的发展做出了重要贡献。 本实验要求学习用传输式谐振腔法研究铁磁共振现象，测量YIG小球（多晶）的共振线宽和g因子。 铁磁共振一般是在微波频率下进行（波长为3cm左右）。将铁磁物质置于微波磁场中，它的微 波磁感应轻度B可 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示为 m ,,, BμH （1） ijm0m μ为真空中的磁导率，μ称为张量磁导率。 0ij ,jk,0，， ,,jk, μ= （2） 0ij,, ,,001，， μ、k称为张量磁导率的元素 ,,,',j,'' （3） k,k',jk'' （4） B,,/,当外加稳恒磁场B时，μ、k的实部和虚部随B的变化曲线如图2.3.2-1。μ’、k’在处r0 B,,/,数值和符号都剧烈变化，称为色散。μ’’、k’’在处达到极大值，称为共振吸收，此现象即r0 为铁磁共振。这里ω为微波磁场的角频率，γ为铁磁物质的旋磁比。 0 1 B,B,,/,μ’’决定铁磁物质磁能的损耗，当时，磁损耗最大，常用共振吸收线宽来描述铁,B00 磁物质的磁损耗大小。的定义如图2.3.2-2，它是μ’’/2处对应的磁场间隔，即半高宽度，它是,B 磁性 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 性能的一个重要参数。研究它，对于研究铁磁共振的机理和磁性材料的性能有重要意义。 铁磁共振的宏观唯象理论的解释是，认为铁磁性物质总磁矩M在稳恒磁场B的作用下，绕B ,,,B进行，进动角频率，由于内部存在阻尼作用，M的进动角会逐渐减小，逐渐趋于平衡方向， 即B的方向而被磁化。当进动频率等于外加微波磁场H的角频率ω时，M吸收微波磁场能量，m0用以克服阻尼并维持进动，此时即发生铁磁共振。 B,,/,铁磁物质在处呈现共振吸收，只适合于球状样品和磁晶各向异性较小的样品。对于r0 非球状样品，铁磁物质在稳恒磁场和微波磁场的作用下磁化，相应的会在内部产生所谓退磁场，从 而使共振点发生位移，只有球状样品，退磁场对共振点没有影响。另外，铁磁物质在磁场中被磁化 2 的难易程度随方向而异，这种现象称为磁晶各向异性，它等效于一个内部磁场，也会使共振点发生 位移，对于单晶样品，实验时，要先作晶轴定向，使易磁化方向转向稳恒磁场方向。对于多晶样品， 由于磁晶各向异性比较小，对共振点影响很小。 铁磁共振实验通常采用谐振腔法，该法灵敏度较高，但测量的频率较窄。谐振法中，可采用传 输式腔，其传输系数与样品共振吸收的关系简单，便于计算，但难以用抵消法提高灵敏度。若,B采用反射式腔，其反射系数与共振吸收关系复杂，计算麻烦，但可提高灵敏度。本实验用传输,B式谐振腔测量直径约1mm的多晶铁氧体小球μ’’与B的关系曲线，计算和g因子。 ,B 图2.3.2-3为实验装置图。实验的测量原理是将铁氧体小球置于谐振腔微波磁场的最大处，使其处 于相互垂直的稳恒磁场B和微波磁场H中，如图2.3.2-4，则样品与谐振腔构成一个谐振系统，保m 持微波发生器输出功率恒定，调节谐振腔（若使用可调谐振腔时），或微波发生器（当用固定式谐 振腔时），使谐振腔谐振频率ω与微波磁场频率ω箱等，当改变B的大小时，由于铁磁共振，μ0相应的发生变化，因而影响谐振腔的谐振频率和腔的有载品质因数Q，在样品很小，磁导率变化L引起系统参量的变化不大的条件下，根据腔的微扰理论，有 3 ,,,,,A,(',1),,(6),0 ,,,1(7),,,A,,,4'',,Q,L,,, A是一个常数，与谐振腔尺寸和样品大小有关。对于传输式谐振腔，在谐振腔始终调谐时，在输入 P(,)功率不变的情况下，输出功率为 in0 4(,)P20in()P,,Q , （8） 0outLQQ12ee 2P(),Q,即。式中Q为腔的品质因数。因而可通过测量Q的变化来测量，而Q的变化可,''LLL0outL 以通过腔的输出功率P的变化来测量，这就是测量的基本思想。必须注意的是，当B改变时，,Bout 磁导率的变化会引起谐振腔谐振频率的变化（频散效应），故实验时，每改变一次B都要调节谐振 腔（或微波发生器频率），使它与输入微波磁场的频率调谐，以满足式（8）的关系，这种测量称逐点调谐，可以获得真实的共振吸收曲线，如图2.3.2-5，此时，对应于B、B的输出功率为 12 4P0 （9） P,122(PP，1)0r 式中P、P、和P分别是远离共振点、共振点和共振幅度半高处对应的输出功率。因此根据测得0r1/2 曲线，计算出P，既能确定出。 ,B1/2 为简化测量过程，往往采用非逐点调谐，即在远离共振区时，先调节谐振腔，使之与入射微波 磁场频率调谐，测量过程中则不再调谐，则计算P的关系式为 1/2 2PP0r （10） P,1/2P，P0r 此式是考虑了频散影响修正后计算P的公式。 1/2 4 实验时，直接测量的不是功率，而是检波电流I，为此，必须控制输入功率的大小，使之在测 量范围内，微波检波二极管遵从平方律关系，则I与入射到检波器的微波功率P成正比，则 out 2II0r （11） I,1/2I，I0r 因此，只要测出I-B曲线，即可算得和B。 ,B 考虑到检波二极管的特性可能变化，可以调节检波器前的精密衰减器，使整个测量过程中，I始终保持定值，若远离共振点且共振时对应的衰减器读数分别是α和α，则对非逐点调谐测量，0r 对应处的α为 ,B1/2 (,,,)/100R,,,，10lg2,10lg[10，1] （12） 1/20 如图2.3.2-3所示的实验装置，包括XFL-2A厘米波发生器，其频率可调范围为8.6~9.6GHz；可变衰减器，最大衰减为20dB；TE矩形谐振腔，空腔Q约为2000~3000；晶体检波器，检波二极管10L 为2VD8；定向耦合器，它是一种微波元件，其作用是作微波功率分流；两个0~100μA的微安计，分别用来监测输入、输出功率；磁铁是电磁铁或可变极矩永久磁铁，要求最大磁场强度不小于0.6T，本实验采用用磁铁，通过变化磁极间距来改变B的大小。 微波由发生器产生经隔离器，由定向耦合器分为两路，一路经晶体检波器，由微安计监视繁盛 期的输出功率；另一路经隔离器进入带样品的谐振腔，当磁场变化时，谐振腔的输出功率发生变化， 经精密衰减器控制进入晶体检波器，由微安计指示共振情况。 1． 熟悉各微波元件，按图2.3.2-3把各元件安装成一完整的实验系统。 2． 用特斯拉计测出B随磁极间距d的变化曲线。 3． 调节微波发生器，使谐振腔与发生器输出微波信号调谐，利用仪器的波长表测出谐振频率f。 4． 用非逐点调谐测出检波电流I随d的变化曲线，然后根据B-d曲线作I-B曲线，计算g因子。 5． 保持检波电流不变，用非逐点调谐测出α-B，计算g因子，并于4的结果比较。 实验中注意保持谐振腔的输入微波功率和发生器输出信号频率不变，此外，适当调节精密衰减 器，使晶体检波器输入的微波信号不会太大，保证检波器工作在平方律范围内。 1． 用传输式谐振腔测时，要保证哪些实验条件？ ,B 2． 使谐振腔与微波信号调谐时，磁铁应置于使系统处于共振还是远离共振的位置？ 5 3． 本实验所用谐振腔内可以把样品放置于任意位置吗？ 能否从实测结果曲线（图2.3.2-5）中，取曲线高度一半处对应的磁场差作为？为什么？ 豆丁致,B 力于构建全球领先的文档发布与销售平台，面向世界范围提供便捷、安全、专业、有效的文档营销服务。包括中国、日 本、韩国、北美、欧洲等在内的豆丁全球分站，将面向全球各地的文档拥有者和代理商提供服务，帮助他们把文档发行 到世界的每一个角落。豆丁正在全球各地建立便捷、安全、高效的支付与兑换渠道，为每一位用户提供优质的文档交易 和账务服务。 4． 6