铁磁共振分析和总结.docxVIP

PAGE PAGE 1 实 验 报 告 11 系 06 级 姓名 赵海波 实验题目: 铁磁共振 实验目的: 学习用传输式谐振腔法研究铁磁共振现象，测量因子。  YIG 小球（多晶）的共振线宽和 g 实验原理: 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 m 可表示为 B μ H m 0 ij m  （1） μ 为真空中的磁导率，μ 0 称为张量磁导率。 ij μ = jk ij jk 0 0 （2） 0 0 1 μ、k 称为张量磁导率的元素 j （3） k k jk （4） 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B / r 0 处数值和符号都剧烈变化，称为色散。μ’’、k’’在B r 0 / 处达到极大值，称为共振吸收，此 现象即为铁磁共振。这里ω 0 为微波磁场的角频率，γ为铁磁物质的旋磁比。 μ’’决定铁磁物质磁能的损耗，当 B B 0 0 / 时，磁损耗最大，常用共振吸收线宽 B 来描述 铁磁物质的磁损耗大小。 B 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，它是磁性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 进行，进动角频率 B ，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 m 以克服阻尼并维持进动，此时即发生铁磁共振。 的角频率ω 0 时，M 吸收微波磁场能量，用 铁磁物质在B r 0 / 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 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 B ，但难以用抵消法提高灵敏度。若采用反射式腔，其反射系数与共振吸收关系复杂，计算 B 麻烦，但可提高灵敏度。本实验用传输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 B 和 g 因子。 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 m 中，如图 2.3.2-4，则样品与谐振腔构成一个谐振系统，保 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 0 箱等，当改变B 的大小时，由于铁磁共振，μ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，磁导率变化引起 L 系统参量的变化不大的条件下，根据腔的微扰理论，有 A ( 1) 0 1 4 A Q  (6 ) (7 ) 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 功率P ( in ) 不变的情况下，输出功率为 0 P ( ) out 0 4 P ( ) in 0 Q 2 Q Q L e1 e 2 （8） 即P ( out ) Q 2 。式中Q 0 L L 为腔的品质因数。因而可通过测量Q L 的变化来测量 ，而Q L 的变化可以 通过腔的输出功率 P  out 的变化来测量，这就是测量 B 的基本思想。必须注意的是，当 B 改变时， 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 1 2 ( P4 P ( P 4 P P 0 1)2 1 2 0 r 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 0 r 1/2 曲线，计算出 P 1/2 ，既能确定出 B 。 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