铁磁共振论文 大学论文

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1、铁磁共振实验姓名：付翰林班级：0701摘要：通过铁磁共振实验测定有关物理量，认识磁共振的一般特性。观测铁磁共振的测量原理和实验方法。据曲线求半高宽△H，通过波长表测频率v，观察共振信号关健词：铁磁共振；谐振腔；微波；励磁电流；磁共振现象一、实验背景介绍铁磁共振是于20世纪40年代发展起来的，它和核磁共振、电子自旋共振一样，成为研究物质宏观性能和微观结构的有效手段。它利用磁性物质从微波磁场中强烈吸收能量的现象，与核磁共振、顺磁共振一样在磁学和固体物理学研究中占有重要地位。它能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

2、造、设计等方面有着重要的应用价值。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。经过若干年在超高频技术发展起来后，才观察到铁磁共振现象。多晶铁氧体最早的铁磁共振实验发表于1948年。以后的工作则多采用单晶样品。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．通过观测铁磁共振，进一步认识磁共振的一般特性和实验方法。3．了解铁磁共振的基本原理，观察铁磁共振现象。4．测量微波铁氧体的铁磁共振线宽。三、实验设备a.样品为铁氧体，提供实验用的铁原子。8a.电磁铁，提供外磁场，

3、使铁原子能级分裂。b.微波，提供能量，使低能级电子跃迁到高能级。c.波导，单方向传导微波，使其通过样品。d.波长表，测量微波的波长。e.谐振腔，其谐振频率与微波的频率相等，进入的微波与其谐振，样品即放在波峰处，该处的微波磁场与外磁场垂直。f.固体微波信号源，产生9GHZ左右的微波信号。g.隔离器，使微波只能单方向传播。h.衰减器，控制微波能量的大小。i.输出端，含有微波检波二极管，其输出电流与输入的微波功率成正比。j.直流磁场电压源，给电磁铁提供励磁电流，改变输出电压的大小即可改变磁场的大小。k.微安表，指示检波电流的大小。l.微波电源，为固体微波信号源提供电源。四、实

4、验原理1、磁共振（1）磁共振的基本原理具有磁矩的物质，在恒定磁场作用下对电磁辐射能的共振吸收现象。磁共振吸收谱在射频和微波波段范围内，是物质的整个电磁波谱中的长波区域。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分裂，分裂后两能级间的能量差为：如果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:当该能量等于粒子分裂后两能级间的能量差时，即：则低能极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）磁共振类型顺磁共振：产生磁共振的磁矩是顺磁体中的原子（离

5、子）磁矩；核磁共振（NMR）：磁矩是原子核的自旋磁矩；电子自旋共振（ESR）：电子自旋磁矩的能级跃迁产生的磁共振；铁磁共振（FMR）：磁矩为铁磁体中的电子自旋磁矩。除此之外，还有核电四极共振（NQR）、光泵磁共振、亚铁磁共振、反铁磁共振（AFMR）、回旋共振（抗磁共振）、磁双共振等。82、铁磁共振（FMR）铁磁物质在一定的外加恒定磁场和一定频率的微波磁场中当满足共振条件时产生强烈吸收共振的现象称为铁磁共振。铁磁物质总磁矩在稳恒磁场作用下，绕作进动，其进动方程和进动频率可分别为：式中为旋磁比，由于铁磁性反映了电子自旋磁矩的集体行为，取电子的朗德因子g=2。上述情况未考虑阻

6、尼作用。在外加恒磁场作用下，磁矩M绕H进动不会很久，因为磁介质内部有损耗存在，实际上铁磁物质的自旋磁矩与周围环境之间必定存在着能量的交换，与晶格或邻近的磁矩存在着某种耦合，使磁化强度矢量M的进动受到阻力，绕着外磁场进动的幅角θ会逐渐减小。则M最终趋近磁场方向，这个过程就是磁化过程，磁性介质所以能被磁化，就说明其内部有损耗，如果要维持其进动，必须另外提供能量。因此一般来说外加磁场由两部分组成：一是外加恒磁场H，二是交变磁场h（即微波磁场）。阻尼的大小还意味着进动角度θ减小的快慢，θ减小得快，趋于平衡态的时间就短，反之亦然。因此，这种阻尼也可用驰豫时间τ来表示。τ的定义是进

7、动振幅减小到原来最大振幅的的时间。磁化强度M进动时所受到的阻尼作用是一个极其复杂的过程，不仅其微观机理还在探讨中，其宏观表达式也并不统一，这里我们采用朗德阻尼力矩的形式：为静磁化率。所以完整的进动方程为：磁学中通常用磁导率μ来表示磁性材料被磁化的难易程度。磁导率与磁化率的定义分别为：在交变磁场下，μ要用复数表示：其中实部8为铁磁介质在恒定磁场中的磁导率，它决定磁性材料中储存的磁能，虚部反映交变磁场能在磁性材料中的损耗。如果铁磁介质处在直流磁场和交变磁场的共同作用下，该铁磁样品就会出现两个新的特征——旋磁性和共振吸收。当改变直流磁场或微波频