旋磁性和铁磁共振现象ppt课件.ppt

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1、本节讨论恒定磁场和高频交变磁场共同作用下的铁磁体:磁化率（磁导率）变为张量，存在损耗的情况下，各张量元均为复数。因磁化率张量是非对称的，电磁波在磁化介质中沿磁化方向传播时，会发生偏振面的旋转，称作旋磁性。恒定磁场的强度和高频交变磁场的频率满足一定关系时，铁磁体从交变场中吸收的能量达到极大值，我们称之为铁磁共振现象。交变磁场的幅值超过一定限度时会出现一系列的非线性效应。铁磁材料的旋磁性和铁磁共振现象在微波器件上有着广泛的应用，是铁氧体磁性材料的重要应用领域。参考姜书第7章6.1旋磁性和铁磁共振现象摘自kittel8版p253(下面M＝MS，H都是矢量）

2、在第二章关于抗磁性的讨论中，我们曾给出原子磁距在外磁场中的运动方程：是原子磁距，γ是旋磁比，g是朗德因子。推广到大块物质上，则是：由此方程可以看出，当磁距不在磁场方向时，将环绕磁场做进动，永远不会转向磁场方向，显然这与事实不符，必须考虑阻尼项的影响。阻尼的存在使进动能量逐渐消耗，进动角减小直至磁距和磁场平行为止。因此，进动方程的完整表示应为：进动方向一.磁矩进动方程阻尼的来源是复杂的，人们唯像地提出了三种表达方式：朗道－栗弗席兹形式吉尔伯特形式布洛赫形式或：三种形式对阻尼的表述是不同的，但作用是一致的，处理磁共振问题时可以根据情况选择使用，当进动角很

3、小，损耗也很小时，可以证明它们系数之间的关系是：上述方程中的磁场应该指铁磁体内的有效磁场：为了集中阐明铁磁体在恒磁场和交变场同时作用时的基本性质，我们首先排除恒磁场之外的其它影响，提出如上假定。1.无阻尼时的自由进动频率：只存在恒磁场情况因为有：这是一个典型的简谐振动方程，其解可以表示为：恒定值二.各向同性、均匀、饱和磁化、无限大样品中的一致进动代入方程中有：有解条件是其系数行列式为零，即：这就是自由进动频率。代入方程可以证明：显然进动是右旋的。进动频率对自旋系统，g＝2，有：交变磁场在微波频段令：在h<

4、以写作：按二元一次方程求解，可以得到：2.恒磁场和交变场同时作用下磁导率变为张量，且有共振特性：显然，恒磁场和交变磁场共同作用下，磁化率变为张量。其张量元都是频率的函数，在ω＝ω0时，发生共振，张量元（在无损耗下）无限大。出现张量磁化率的意义是：由于进动，某方向上的微波磁感应强度不但与同方向上微波磁场强度有关，也与垂直方向的微波磁场强度有关。或者说某方向上微波磁场不但影响该方向上的磁感应强度，而且还影响垂直方向上的磁感应强度。求解有阻尼项的旋磁方程：共振频率发生漂移：张量元变为复数：求解方法同上，过程从略，其结果是：张量元的实部和虚部都是频率的函数，

5、会发生频散和吸收，其计算曲线如下图所示，接近共振频率时，变化剧烈并可能出现负值，出现最大值，即损耗达到极大。3.有阻尼时，磁导率张量元变为复数：按正负圆偏振交变磁场情况来讨论铁磁体的共振，更能反映其特征。只有正圆偏振（右旋）存在频散和吸收，对负圆偏振（左旋），频率影响不大。这一特点对磁性材料的应用十分重要。4.正负圆偏振交变磁场作用下的标量磁导率在共振频率处，磁导率虚部出现极大值，意味着当微波磁场频率和磁距进动频率相等时，磁距进动从微波场中吸收的能量最多、并通过阻尼作用消耗掉，变为热能。共振是两种运动频率相等时产生的强烈的能量交换现象。不同材料的阻尼

6、情况不同，损耗大小也不同。通常用共振线宽ΔH来表示，定义如图：可以证明共振线宽和阻尼系数的关系为：这是一个很重要的关系式，测量共振线宽ΔH即可以估算出阻尼系数的数值。研究影响共振线宽的因素一直是铁磁共振研究的重要内容。共振测量一般是固定微波频率，改变磁场数值三.共振线宽和损耗机理实际材料：可以估出：由此可见弛豫过程是非常短暂的，其机理尚不完全清楚，比较可以肯定的是：或通过自旋－晶格耦合使磁距一致进动的能量直接转化为声子；或先通过自旋－自旋耦合，使磁距的一致进动转变为非一致进动，磁距的非一致进动再通过自旋－晶格耦合转变为声子，总之都转变为晶格的热振动，

7、使材料的温度升高。1.形状的影响：2.磁晶各向异性的影响：（以立方晶系为例）3.自然共振：没有外磁场时，材料内部的磁晶各向异性场和微波交变磁场联合作用也会引起共振，称自然共振。由于不加外场时磁畴结构比较复杂，畴壁上的退磁能直接影响着共振频率，因此自然共振峰往往出现在一个很宽的频率范围内，成为许多铁氧体高频或超高频波段频散和损耗的来源。4.未饱和磁化的影响；当微波频率较低，相应的共振磁场不足以使铁磁体饱和磁化时，由于磁畴形状和磁矩取向的差别，其共振频率不会是单一的，而是出现在一个较宽的频率范围内，同一外磁场下会出现复峰或多峰。5.多晶材料的共振：各种不

8、同的磁晶各异效果，共振峰很宽。共振频率和磁场取向有关。四.各种因素对铁磁共振频率的影响球型样品：圆薄片样品：