铁磁共振实验报告

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1、一、实验背景早在1935年，著名苏联物理学家兰道（LevDavydovichLandau1908—1968）等就提出铁磁性物质具有铁磁共振特性．经过十几年，在超高频技术发展起来后，才观察到铁磁共振吸收现象，后来波耳得（Polder）和侯根（Hogan）在深入研究铁磁体的共振吸收和旋磁性的基础上，发明了铁氧体的微波线性器件，使得铁磁共振技术进入了一个新的阶段．自20世纪40年代发展起来后，铁磁共振和核磁共振、电子自旋共振等一样，成为研究物质宏观性能和用以分析其微观结构的有效手段．微波铁磁共振现象是指铁磁介质处在频率为ƒ0的微

2、波电磁场中，当改变外加恒定磁场H的大小时，发生的共振吸收现象．通过铁磁共振实验，我们可以测量微波铁氧体的共振线宽、张量磁化率、饱和磁化强度、居里点等重要参数．该项技术在微波铁氧体器件的制造、设计等方面有着重要的应用价值．二、实验目的1．了解微波谐振腔的工作原理，学习微波装置调整技术．2．掌握铁磁共振的基本原理，观察铁磁共振现象．3．测量微波铁氧体的共振磁场B，计算g因子．三、实验原理1.磁共振自旋不为零的粒子,如电子和质子,具有自旋磁矩．如果我们把这样的粒子放入稳恒的外磁场中，粒子的磁矩就会和外磁场相互作用使粒子的能级产生

3、分裂，分裂后两能级间的能量差为:（1）（其中，为旋磁比，为普朗克常数，为稳恒外磁场）．又有，故．（其中，即为要求的朗德因子，其值约为2．为玻尔磁子，其值为）若此时再在稳恒外磁场的垂直方向加上一个交变电磁场，该电磁场的能量为（2）其中，为交变电磁场的频率．当该能量等于粒子分裂后两能级间的能量差时，即：（3）低能级上的粒子就要吸收交变电磁场的能量产生跃迁，即所谓的磁共振．2.铁磁共振铁磁共振实际上就是铁氧体原子的电子自旋顺磁共振，在相同的外磁场中电子能级裂距约为核磁能级裂距的1840倍．所以能级间跃迁所需的能量要比核磁共振需要

4、的能量大的多，因此我们可以用微波（约=9GHZ）来提供电子跃迁所需的能量．在实验中微波的频率是固定的，其在谐振腔中样品处的能量也是固定的．要产生磁共振电子能级间的能量差必须等于该值．我们改变励磁电流值，使外磁场磁感应强度变化，因而使电子能级间的能量差随之改变，当其接近于微波能量值-2-时，电子就要吸收微波磁场的能量，产生铁磁共振，表现为检波器的输出电流减小，电流最小值对应的外磁场为谐振时的磁感应强度值，此时等式成立，由特斯拉计测出，由波长表可读出，、为常数，则．3.输出电流最小值对应的磁场强度为磁共振时的磁场强度值的原理由

5、图一图一检波二极管输出的电流正比与其输入微波功率，改变外磁场B实际上改变粒子两能级间的能量差，当它不等于粒子处微波能量时，粒子不吸收微波能量，微波可完全越过粒子到达二极管，使其输出一个较大的电流．继续调节B，当粒子两能级间的能量差等于粒子处微波能量时，粒子吸收微波能量使输出电流减小，其最小值对应的外磁场即为磁共振时的磁场强度值．一、实验步骤1．开启速调管，将电源工作方式选择在等幅状态下，预热十分钟．2．把谐振腔移出电磁铁，并把微安表接在晶体检波器的输出端．3．通过调节速调管电源上的电压及频率调节钮使得微安表读数最大，使得通

6、过谐振腔后的功率输出最大，即通过式谐振腔处于谐振状态．并调整可变衰减器使得微安表的指针位于刻度表的2/3量程处左右．4．调节波长表使得微安表读数达到最小值，读取波长表的刻度值，得微波频率5．把装置推入电磁铁，保持样品处于磁场中央，调节电磁铁电流，使得微安表读数最小，这时处于共振状态，记录下此时的磁场强度．6．记录数据，计算g因子的值．二、实验仪器及注意事项1.实验仪器注意事项1.预热后立马开始实验三、实验数据记录及处理2.g因子计算g的不确定度所以，四、误差分析g因子的误差主要来源是谐振频率的测量误差和共振磁场的测量误差．

7、-2-谐振频率的测量误差主要来自波长计自身误差和读数误差．在一定的读数范围内微安表的数值都为最小值，所以最小值点对应的频率值会有偏差，但由此造成的误差并不大．-2-