法拉第效应实验zhou-s-y.docVIP

法拉第效应法观测磁晶各向异性 实验目的 1、了解用偏光显微镜观察磁畴的原理。 2、磁泡材料的磁性各向异性。 3、利用偏光显微镜观察磁泡薄膜中磁畴随磁场的变化。 实验仪器 直流稳流电源、数字万用表、偏光显微镜 实验原理 1、磁畴的概念 磁畴理论是用量子理论用从微观上说明铁磁质的磁化机理。所谓磁畴，是指磁性材料内部的一个个小区域，每个区域内部包含大量原子，这些原子的磁矩都象一个个小磁铁那样整齐排列，但相邻的不同区域之间原子磁矩排列的方向不同，如图所示。各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁。宏观物体一般总是具有很多磁畴，这样，磁畴的磁矩方向各不相同，结果相互抵消，矢量和为零，整个物体的磁矩为零，它也就不能吸引其它磁性材料。也就是说磁性材料在正常情况下并不对外显示磁性。只有当磁性材料被磁化以后，它才能对外显示出磁性。 在某些磁性石榴石单晶薄膜中，垂直于膜面的方向是易磁化方向,且满足条件≥2, 其中是单轴磁晶各向异性常数，是饱和磁化强度,即磁畴的磁化在易磁化方向时能量最低用偏光显微镜垂直于膜面观察，可以清楚地看到膜中磁畴的形状在退磁状态下呈弯弯曲曲的条状磁畴大约一半的磁畴磁化方向垂直于膜面向上，另一半垂直于膜面向下。垂直于膜面方向加一向上的外磁场, 逐渐增加磁场强度。外磁场使磁化方向向上的磁畴逐渐扩张，使磁化方向向下的磁畴逐渐缩小。当外磁场增加到某一定程度时，磁化方向向下的磁畴便缩成圆柱状。这些圆柱状的磁畴在用偏光显微镜垂直于膜面方向观察时呈圆形，运动起来很像一群浮在水面上的小水泡，故被称为磁泡或磁泡畴。  2、法拉第效应法观察磁畴的原理 平面偏振光经铁磁物质透射，偏振面会旋转一个角度，这种现象称为法拉第效应。由于各个磁畴的磁化方向不同， 各磁畴透射光线后， 偏振面的旋转角也不同。也就是说，透过样品之前偏振光只有一个偏振面，透过不同的磁畴后，就形成了不同的偏振面。通过调整检偏器角度，可以使其中一个偏振面对应的光处于消光状态，其他偏振面对应的光则处于非消光状态。因而在目镜观察时，各磁畴对应的光强就有所不同。 3、石榴石磁泡材料及其特点 20世纪60年代后期到80年代后期，由于研制计算机磁泡存储器和布络赫线存储器的需要，石榴石磁泡膜研究受到广泛重视。在这种几微米厚的亚铁磁性薄膜中有两种磁畴，磁化方向垂至于膜面反平行排列，在偏光显微镜下可以看到十分清晰的磁畴。实验中常使用的石榴石磁泡材料成分为。 实验内容 1、按附录中的仪器操作方法调节好仪器各部分。 2、观察石榴石磁泡材料的磁性各向异性。 (1) [111]晶向。实验样品的易磁化方向是垂直于样品膜面的方向，即[111]晶向，沿该方向加4 kA/m 的磁场，样品即可饱和磁化；饱和磁化后磁场降回0时，样品的磁畴称为迷宫畴，如图1所示： 图1 迷宫畴，[111]晶向剩磁态畴形 (2) [1- 10]和[2- 11]晶向。[1- 10]和[2- 11]晶向在样品膜面内，沿[1- 10]方向饱和磁化所需磁场幅度最大，为54 kA/m；沿[2- 11]方向饱和磁化所需磁场幅度为膜面内的最小值，为44 kA/m，仍远大于[111]方向的4 kA/m。沿[1- 10]和[2- 11]晶向饱和磁化后，磁场降到0时，样品的剩磁态畴形如图2和图3所示。 图2 [1- 10]方向剩磁态畴形 图3 [2- 11]晶向剩磁态畴形 3、观察磁泡畴的产生和测量泡径直径d。 (1) 形核场和切泡场的确定：在偏光显微镜中看到清晰的迷宫畴后，增加直流偏场（即沿[111]晶向的磁场），可以看到一种磁畴变宽，另一种磁畴变窄，直至窄畴全部消失，即样品饱和磁化，这时所有磁畴的磁化方向都转变为与外磁场方向相同。图示如下： 从饱和磁化状态再降低，当视野中出现对条畴时的偏场数值就是形核场， 记为。形核场下的成对出现的条畴图示如下： 图5 形核场下的成对的条畴出现 切泡场一般选在)kA/m左右。 (2) 磁滞现象。将降至0， 然后再缓慢增加， 测出剩下1～2对条畴时的值， 并与进行比较， 可以看到，尽管从两种途径得到的磁化强度相同（磁畴基本相同），但对应的磁场却明显不同，这就是磁滞现象，参见图6。 图6 与比较示意图 (3) 成泡场。把直流偏场从饱和磁化降至切泡场， 脉冲幅度调至适当大小， 将脉冲电路通断一次， 使大部分条畴变为段畴。加大直流偏场， 段畴逐渐缩短， 当绝大部分变为泡畴(剩3~5个段畴)时， 相应的直流偏场数值为成泡场。 (4) 成泡直径。测出最后一次成泡场后，把直流偏场调至成泡场平均值， 测出三个泡的直径。其方法是：旋转鼓轮，将目镜中平行双线之一的边沿调至和欲测的那个磁泡边缘相切的位置。记下这时的读数，然后再继续旋转鼓轮，使上述线