磁学测量ZFC和FC数据获得与解释
FC和ZFC区别
FC的意思的是不加磁场情况下先升温到大于T c，然后加磁场降温测量，ZFC是先不加场升温，然后不加场降温，然后加小磁场升温测量，如果他们所测的曲线在Tc处有spli t，说明样品的磁性不可逆。
因为ZFC过程中不加磁场降温过程已经把样品中的doma in重新排列了一遍，再加场升温的时候也不可能完全按原来的过程反过来走一遍，所以出现了分裂。
无论FM 还是AFM在高温区都是顺磁态，所以ZFC和F C曲线是重合的。
而发生磁有序转变后的磁化状态有所不同。
对于AF M来说FC和ZFC曲线应该在整个温度区间是重合的，并且在转变点出现一个尖峰。
对于F M随着温度的降低ZF C/FC曲线会缓慢增加，在磁有序转变点磁化率曲线会发生突然的增加，因为FM转变是一种一级相变。
而在转变点以下ZFC/FC曲线要发生分离。
Z FC/FC分离的本质应该来源于材料的磁滞，也就是说只要是做材料磁化率对于外加磁场依赖性的曲线，发现磁滞环，对应于磁化率曲线就一定会出现分离的现象。
其实，ZFC/FC一般注重的是不同磁化历史对材料的影响。
对于一级相变的热滞后，与磁化历史无关，只要做升降温的磁化就可得到。
如在某温度T出现分叉,表明该温度出现磁相变,再通过交流磁化率的测量证实Tc温度并对磁相变性质进行归属:如磁有序、自旋玻璃、超顺磁等等。
最重要的，典型磁相变，ZFC/FC应该重合。
我所知道的是，处于自旋玻璃态和超顺磁性的Fe,其M（x）-T的ZFC和FC是分叉的不少人用Z FC与FC或交流M-T曲线中的峰值作为自旋玻璃的证据，不过我认为除非样品质量非常纯，否则宏观磁性与待测分子式对应的材料没有直接的因果关系。
磁学实验数据处理与分析
磁学实验数据处理与分析磁学实验是物理学中的重要实验之一，通过实验数据的处理与分析，可以更好地理解磁学的基本原理，并从中获得有用的信息。
本文将介绍磁学实验数据处理与分析的步骤和方法。
一、实验数据处理1. 数据收集与整理在进行磁学实验时，首先需要收集实验数据。
常见的磁学实验包括磁感应强度的测量、磁场的分布测量等。
在收集实验数据时，要确保数据的准确性和完整性，尽量避免产生误差。
收集到的数据需要进行整理，包括去除异常值、归一化处理等。
异常值是指与其他数据相比明显偏离的数值，可能是由于实验设备故障或人为误操作导致的。
删除异常值可以提高数据的准确性和可靠性。
2. 数据标定与单位转换对于磁学实验数据，常常需要进行标定和单位转换。
标定是指将原始数据转化为实际物理量的过程。
例如，在测量磁感应强度时，通过标定可以将所得的电压值转化为磁感应强度值。
单位转换是指将数据从一个单位转化为另一个单位。
例如，将磁感应强度的单位从特斯拉转换为高斯。
单位转换需要根据实验的具体要求进行。
3. 数据分组与统计在磁学实验中，常常需要将数据按照一定的规则进行分组，并对每组数据进行统计分析。
例如，可以将磁感应强度的数据按照不同的位置或不同的距离进行分组，并计算每组数据的平均值、标准差等统计量。
数据分组与统计可以帮助我们更好地了解实验数据的特征和规律，发现其中的规律和异常。
二、实验数据分析1. 数据可视化对于磁学实验数据，可以通过绘制图表来进行分析和展示。
常用的图表包括折线图、柱状图、散点图等。
绘制图表时，要选择合适的图表类型，使得数据的特征更加明显、直观。
同时，要保证图表的美观，标题、坐标轴的标签等要清晰可读。
2. 数据拟合与回归分析对于一些复杂的磁学实验数据，可能需要进行数据拟合和回归分析，以找出数据中的规律和趋势。
拟合是指利用数学模型来拟合实验数据，以求得最佳拟合曲线。
回归分析则是通过建立数学模型，确定变量之间的关系。
通过数据拟合和回归分析，可以进一步深入挖掘实验数据中的信息，提供更加准确的预测和分析结果。
如何进行电磁法测井与数据解释
如何进行电磁法测井与数据解释电磁法测井是一种常用的地球物理勘探方法，用于探测地下的岩石和土壤的电磁特性，从而获取地下地质信息。
本文将介绍电磁法测井的基本原理、常见的测井仪器以及数据解释的方法。
1. 电磁法测井的原理电磁法测井是通过在地下传输人工产生的电磁场，然后测量地下岩石或土壤对电磁场的响应，以推断地下结构的一种方法。
在电磁法测井中，通常会使用不同频率的电磁场，以便探测不同深度的地下层。
2. 常见的电磁法测井仪器2.1 周期性极化电磁法测井仪器周期性极化电磁法测井仪器是一种较为常用的设备，可以快速获取一定深度范围的地下电磁响应信息。
它通过改变电磁场的频率和方向，来探测地下的电性差异。
2.2 宽频电磁法测井仪器宽频电磁法测井仪器是一种可以提供更广泛频率范围的仪器，可以更准确地探测地下介质的电性特征。
这种仪器在反演地下介质电阻率方面具有较高的分辨率和精度。
3. 电磁法测井数据的解释方法3.1 反演方法数据解释是将测井数据转化为地下结构信息的过程。
其中，反演方法是一种常用的数据解释方法，通过数值模型和计算方法，将测量的响应数据与地下模型进行比对，最终得到地下结构参数的估计值。
3.2 统计分析方法除了反演方法外，统计分析方法也常用于电磁法测井数据的解释。
这种方法通过对大量数据进行统计和分析，找出其中的规律和特点，从而获得地下结构的一些统计特征。
4. 电磁法测井在地下水、矿产勘探中的应用电磁法测井在地下水和矿产勘探中广泛应用。
在地下水领域，电磁法测井可以帮助确定地下水的存在与分布情况，为地下水资源的合理开发提供重要信息。
在矿产勘探领域，电磁法测井可以帮助寻找金属矿床、煤层、油气藏等矿产资源。
5. 电磁法测井技术的发展趋势随着科学技术的不断进步，电磁法测井技术也在不断发展。
未来，电磁法测井仪器将更加小型化、轻便化，数据解释方法将更加精确和高效，从而进一步提高电磁法测井的应用效果。
总结：电磁法测井是一种重要的地球物理勘探方法，通过测量地下岩石或土壤的电磁特性，可以获取地下结构的信息。
【2016年】第10讲：磁性参数的测量-2-ZFC和FC
永磁材料！
磁性液体！
磁性记录密度极限！！
三、Fe原子（团）更分叉
临界浓度、交换相互作用
近藤效应：稀释磁性合金电阻率～温度曲线极小值
1964年，始作俑者不是Jun Kondo（近藤 淳） J. Kondo, Prog. Theor. Phys., 32 (1964) 37 1931年，AuFe（J. W. Shih） Phys. Rev., 38 (1931) 2051 1951年，R－T低温极大值（AgMn）
《铁磁材料手册（I）》第2章（中文版第50页～第129页）
问 题：
如果样品的ZFC曲线与FC曲线不重合
1. 能否唯一确定其磁结构？
2. 根据宏观磁性测量方法如何确定其磁结构？ 3. 其它测量方法？
内
容
ZFC和FC的测量及其历史 物理机制 测量数据的分析
附录：公式的推导
课后作业－8
为什么要测量ZFC和FC曲线？ 你是怎样测量的？
ZFC和FC的测量及其历史
ZFC与FC的测量
研究历史概述
ZFC与FC的测量
• 测量条件与过程：静态磁场M－T曲线
ZFC FC zero field cooling field cooling 磁 场
测量条件
温 度
H ＝ Hmeas T1 ～ T2
Tf FC ZFC
T
Tc
M
FC
T
ZFC
M()－T曲线尖峰与分叉现象的
研究历史概述
M()
Tp FC ZFC
1890年 ～
T
分叉是尖峰导致的必然结果
图 像
• 几何尺度
• 能量状态
与（弛豫）时间、 （热、磁场）历史相关的亚稳现象
零场降温和带场降温磁化率曲线重合
零场降温和带场降温磁化率曲线重合
当零场降温（ZFC）和带场降温（FC）磁化率曲线重合时，表示磁性物质在施加外磁场下的磁化过程没有出现明显的磁滞现象。
一般来说，如果磁性物质在冷却过程中没有施加外磁场（ZFC），其磁化率曲线会呈现出略微上升的趋势，然后在一定温度（通常被称为磁化转变温度）处开始下降。
而在施加外磁场的条件下（FC），磁化率曲线则会在冷却过程中一直上升，直到达到饱和磁化强度。
如果ZFC和FC磁化率曲线重合，即二者的曲线趋势和数值重合，说明在冷却过程中没有发生磁滞现象。
这可能是由于磁性物质的结构和磁化行为具有良好的单一方向性，故不会出现磁滞现象。
此外，还有可能是由于外界磁场对磁性物质的磁化过程没有显著影响，故ZFC和FC曲线重合。
然而，如果ZFC和FC磁化率曲线不重合，即二者呈现出明显的差异，说明在冷却过程中磁性物质发生了磁滞现象。
这可能是由于磁性物质内部存在多个磁区域，或者存在磁畴壁运动等因素导致磁滞现象的出现。
需要注意的是，磁化率曲线的重合与形状和数值是否相同是两个不同的概念。
曲线的重合指的是整体趋势和形状相似，而数值不一定完全相同。
因为实际材料的性质和制备过程可能存在差异，导致磁化率的数值存在细微差异。
磁性测量中的 zfc fc
1.测量条件与过程 测量条件与过程：静态磁场M－T曲线(DCMs)
完全相同 无磁相互作用的样品，如顺磁体、抗磁体 基本相同 具有长程磁相互作用的各向同性样品 明显不同： 类自旋玻璃样品； 超顺磁性样品； 发生各向异性变化的样品； 超导临界温度以下的II类超导体… 分叉、λ形
寻 找 里 两 种 测 量 过 程 中 的 不 同
ZFC：
被无规冻结的 磁性离子磁矩
FC：
Tf: Freezing Temperature
保持被外磁场诱导 方向的磁性离子磁矩
c II类超导体?
λ形
Q：
为什么II类超导体的ZFC FC曲线会有不同？ 什么引起了两种测量过程的不同？
为什么是λ 形？
Ba8Si46
Zero-field-cooled (closed symbols) and field-cooled (open symbols) magnetic susceptibility of YBa2Cu3O7 nonaligned powder (circles) and grainaligned samples with the applied field parallel to the c-axis (triangles) and perpendicular to the c-axis (squares).
Thompson et al. (1991) found that for a “defectfree” high-purity niobium sphere the ZFC and FC susceptibilities are almost identical. A second high-purity sphere of similar composition that exhibited strong pinning was also examined and the same ZFC results were obtained, except that no Meissner flux expulsion following field cooling was observed.
Mn3O4纳米颗粒的制备以及磁性表征
Mn3O4纳米颗粒的制备以及磁性表征作者：李家朋来源：《科技视界》2013年第24期【摘要】本文采用低温热分解法合成了Mn3O4纳米粒子，反应温度为90℃，XRD表明其为四方晶相，并且得到了其晶格常数，我们利用SQUID表征了磁学性质，主要为磁化强度和温度之间的关系。
发现其磁性阻挡温度为36K，低温下有着强烈的铁磁性，并显示为硬磁材料，在常温时有着强烈的顺磁性。
【关键词】四氧化三锰；磁性；纳米颗粒Mn3O4在超高磁数据存储，共振成像，药物输送，电池材料，和生物传感器等领域有着广泛的应用[1-4]，吸引了大量的科学研究者对其性能进行研究。
四氧化三锰中由于Mn元素有着不同的价态，因此它拥有着复杂的物理和化学性质，从而吸引了人们大量的关注。
Mn3O4是生产新一代软磁材料的主要原料，使用高纯的Mn3O4作为原料可制备高品质的锰锌铁氧体，而锰锌铁氧体广泛用于电子工业中。
Mn3O4作为磁性电介质尖晶石，在低温下表现出复杂的自旋态[5-8]，从而产生丰富的磁学性能。
本文中，我们参考Taekyung Yu合成Mn3O4纳米颗粒的过程[9]，运用低温热分解法，成功制备了Mn3O4纳米颗粒。
X射线衍射（XRD）测试结果表明我们合成的是编号为24-0374的黑锰矿结构Mn3O4，其晶格常数为a=b=5.762，c=9.47。
通过超导量子干涉仪（SQUID）对其磁性的测量，发现他的阻挡温度TB为36°C，且在常温下有着强烈的顺磁性，从而为其在磁性材料中的应用做很好的理论支持。
1 实验过程1.1 试剂和仪器我们参考Taekyung Yu合成Mn3O4纳米颗粒方法[9]制备Mn3O4纳米粒子。
主要包括四水醋酸锰，二甲苯，油胺，油酸。
合成过程为：首先，将1mmol醋酸锰加入15mL的二甲苯中，再加入1mmol油酸和1mmol油胺作为表面活性剂，迅速搅拌升温至90℃，加入1ml的去离子水，然后保持恒温3h。
最后经过沉淀，离心，得到单分散性能好的Mn3O4纳米颗粒。
配合物的磁性全解
，这样的材料叫做软磁性材料。如：制电磁铁 3.矩磁材料：矩磁材料的磁滞回线接近于矩
形 算，机特的“点记是忆剩”磁元Br接件近。饱和值BS。可作电子计
“磁性”的发现历程： 任何物质都具有磁性，磁性是物质的一种基本性质。
零场冷却磁化强度(ZFCM)、场冷却磁化强度(FCM)
场冷(fieldcooling，FC):加磁场后降温测试M(or极 化率)随T的变化关系。如为超顺磁或顺磁则在加 场后磁矩趋向一致； 零场冷(zerofieldcooling,ZFC)先将样品的温度降 至样品的临界温度(Tc),再外加磁场,测量样品升温 过程磁矩对温度的变化。 两曲线经常放在一个图中比较，如果两者重合， 则说明可能是超顺磁性。 零场冷和场冷中的磁矩通常被用来决定超导转变 温度Tc
M 是摩尔磁化率(emu mol-1, cm3 mol-1)，H是磁场
强度(G, Oe, T)
M
Ng
2
2 B
3k T
S(S 1)
C T
C居里常数。NB2/3k = 0.125 emu K mol-1，所以： C = 0.125g2S(S+1) = MT(室温) = 常数
M = 1M + 2M + 3M + ··· =iM = (Ng2β2/3kT)Si(Si+1)
0.2
1.0
0.1
0.9
0.0 0
0.8 50 100 150 200 250 300
T/K
图24 MT是一直线，拟合结果：g
= 2.05, J = -0.0355 cm-1
T / emu mol-1 M
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1957年，χ－T低温极大值（CuMn，AgMn）
J. Owen & M. E. Browne, V. Arp & A. F. Kip, J. Phys. Chem. Solids, 2 (1957) 85
三、Fe原子（团）更分叉
临界浓度、交换相互作用
近藤效应：稀释磁性合金电阻率－温度曲线极小值 1964年，始作俑者不是Jun Kondo（近藤 淳） J. Kondo, Prog. Theor. Phys., 32 (1964) 37 1931年，AuFe（J. W. Shih） Phys. Rev., 38 (1931) 2051 1951年，R－T低温极大值（AgMn）
尖峰对应磁各向异性→0的温度
技术 饱和磁化（永磁材料）！
χ ini ∝
MS K
一、大Fe块会分叉
磁畴结构
1907年，磁畴假说的提出（P. Weiss） 1907年～：磁畴假说的实验验证 1919年，Barkhausen效应的发现（H. Barkhausen） Phys. Z., 20 (1919) 401 1931年，Bitter粉纹法的发明（F. Bitter） Phys. Rev., 38 (1931) 1903 … 1935年，磁畴结构的平均场理论预言（L. Landau & E. Lifshitz ） Phys. Z. Sowjet U., 8 (1935) 153 J. Phys., 6 (1907) 661
测量数据的分析
逻辑问题 9 基本常识必备 9 数据的获得与解释 9 使用ACMS测量
q = Siα Siβ
α ≠β
圭臬
平均场 重整化群 高温展开
三、Fe原子（团）更分叉
混磁性、自旋玻璃（SG）
非线性磁化率
q = Siα Siβ
α ≠β
average
1976年，EA理论序参量q的含义（Matsubara, Sakata & Katsura） F. Matsubara & M. Sakata, Prog. Theor. Phys., 55 (1976) 672 S. Katsura, Prog. Theor. Phys., 55 (1976) 1049 1977年，EA理论序参量q的含义（Chalupa & Mizoguchi et al） J. Chalupa, Solid State Commun., 22 (1977) 315 T. Mizoguchi, T. R. McGuire, S. Kirkpatrick & R. J. Gambino, Phys. Rev. Lett., 38 (1977) 89
二、小Fe块也分叉
单畴颗粒
1930年，磁畴临界尺寸的预言（J. Frenkel & J. Dorfman） Nature, 126 (1930) 274 1930年～：单畴临界尺寸的计算 C. Kittel, Phys. Rev., 70 (1946) 965 E. Kondorsky, Doklady Akad. Nauk S.S.S.R., 82 (1952) 365 E. H. Frei, S. Shtrikman & D. Treves, Phys. Rev., 106 (1957) 446 W. F. Brown, Jr., J. Appl. Phys., 29 (1958) 470 …
四、涛声依旧
SG与SPM的区分及其它
Probing magnetic phases in different systems using linear and non linear susceptibility in Frontiers in Magnetic Materials, (Ed. A. V. Narlikar, Springer 2005), p.43-p.69 A. Banerjee, A. Bajpai, and Sunil Nair
i
= M S L(α ) = M S BS ( y ) 1 µ0 µ B ( H + λ M ) ⇒ N µ B tanh S = k BT 2
只要存在多畴，当外磁场 H 低于磁畴转动临界磁 场时， ZFC 必然存在一个极大值，形状取决于具 体的材料。（近角聪信）
图 像
• 几何尺度
• 能量状态
与（弛豫）时间、 （热、磁场）历史相关的亚稳现象
• 磁化过程
外磁场、磁各向异性、磁相互作用的竞争
一、大Fe块会分叉
Hopkinson效应及其应用
Ni和Fe的初始磁化率在接近TC处出现尖峰
1890年，Hopkinson效应的发现（J. Hopkinson） Proc. R. Soc. Lond., 48 (1890) , 1 1956年，Hopkinson效应的解释（M. Kersten） Z. Angew. Phys., 7 (1956) 313, & 8 (1956) 382 & 496
三、Fe原子（团）更分叉
混磁性、自旋玻璃（SG）
非线性磁化率的实验 1979年～1980年，（Y. Miyako, et al） J. Phys. Soc. Japan, 46 (1979) 1951 J. Phys. Soc. Japan, 47 (1979) 335 J. Phys. Soc. Japan, 48 (1980) 329 综述： K. Binder & A. P. Young, Rev. Mod. Phys., 58 (1986) 801 Magnetic Susceptibility of Superconductor and Other Spin Systems Eds. R. A. Hein, T. L. Francavilla & D. H. Liebenberd, 1991, New York
三、Fe原子（团）更分叉
混磁性、自旋玻璃（SG）
模型与理论 Frustration / Block 1975年，EA理论（S. F. Edwards & P. W. Anderson） J. Phys. F: Metal Phys., 5 (1975) 965 K. H. Fischer, Phys. Rev. Lett., 34 (1975) 1438 SK模型（D. Sherrington & S. Kirkpatrick, ） J. Phys. F: Metal Phys., 5 (1975) L49 Phys. Rev. Lett., 35 (1976) 1792 1971年～，SPM模型（Beck, Tholence, Wohlfarth） E. P. Wohlfarth, Phys. Lett., 70A (1979) 489
1964年，χ－T低温极大值（O. S. Lutes & J. S. Schmit） Phys. Rev., 134 (1964) A676 Au(Cr, Mn, Fe)
三、Fe原子（团）更分叉
混磁性、自旋玻璃（SG）
1970年，术语：磁性玻璃的提出（B. R. Coles） M. H. Bancroft, Phys. Rev., B2 (1970) 2597 1970年，术语：自旋玻璃的提出（B. R. Coles） P. W. Anderson, Mater. Res. Bull., 5 (1970) 549 Localisation theory and the Cu---Mn problem: Spin glasses 1971年，术语：混磁性的提出（P. A. Beck） Metallurg. Mater. Trans., 2 (1971) 2015 1972年，AuFe合金集大成（V. Cannella & J. A. Mydosh） Phys. Rev., B6 (1972) 4220
问 题：
如果样品的ZFC曲线与FC曲线不重合 1. 能否唯一确定其磁结构？ 2. 根据宏观磁性测量方法如何确定其磁结构？ 3. 其它的测量及其历史 物理机制 " 测量数据的分析 " 附录：公式的推导
ZFC和FC的测量及其历史
9 ZFC与FC的测量 9 研究历史概述
二、小Fe块也分叉
超顺磁性（SPM）颗粒
1936年，Langevin模型（E. C. Stoner） Phil. Trans. Roy. Soc. (London), A235 (1936) 165 1948年，Stoner－Wohlfarth模型（E. C. Stoner & E. P. Wohlfarth） Phil. Trans. Roy. Soc. (London), A240 (1948) 599 1949年，磁矩Brown运动的提出（L. Néel） Ann. Géophys., 82 (1952) 365 1955年，术语超顺磁性的提出（C. P. Bean） J. Appl. Phys., 26 (1955) 1381 1959年，微磁学理论计算（W. F. Brown, Jr.） J. Appl. Phys., 30 (1958) 130S …
讨论： 只有当：T >> TB ，即有：β → 0 时， 磁化率才会遵循Langevin函数。
类各向异性
• Hopkinson效应－最早的分叉
Magnetic properties of alloys of nickel and iron, John Hopkinson, Proc. R. Soc. Lond., 1890, vol. 48, pp. 1–13.
χini
初始磁化率在近TC处的尖峰
MS K
χ ini ∝
TC
T
M. Kersten, Z. Angew. Phys., 7 (1956) 313, 8 (1956) 382, 496