旋磁性和铁磁共振现象共32页文档
磁现象和磁场325页PPT
磁性材料可分为硬磁性材料和软磁性材料，磁化后容 易退磁的材料叫软磁性材料。 软磁性材料用来制作电磁 铁。
磁性材料可分为硬磁性材料和软磁性材料，磁化后不 容易退磁的材料叫硬磁性材料， 强磁性材料用来制作永 磁体。
磁场
电流的磁效应
通电导线能够使小磁针发生偏转
电流
磁场
磁体
电流
磁场
电流
磁场的基本性质：对处于其中的磁极和电流有力的作用.
地磁场的起源以及对地球上生物 的影响等方面还有诸多谜团，是 电磁学发展的前沿之一。
磁化：使原来没有磁性的物体获得磁 性的过程叫磁化，反过来，磁化后的物体 失去磁性的过程叫退磁。
磁性材料可分为硬磁性材料和软磁性材料， 磁化后不容易退磁的材料叫硬磁性材料，磁化 后容易退磁的材料叫软磁性材料。
强磁性材料用来制作永磁体，软磁性材料 用来制作电磁铁。
磁体间的相互作用，磁体与电流间相互作用，电流与电流间 的相互作用都是通过磁场发生的。
怎样描述磁场
接下来我们学什么？
电流周围产生的磁场是怎样的？
磁体产生的磁场与电流产生的磁场本质是否相同？
磁场对电流（通电导体）产生的力是怎样的？
磁场对运动电荷产生的力是怎样的？
作 业：
课本P74 1 、 2 做在书上 P76 中间填空空白
心磁图对冠心病、心肌梗死等的诊 断具有心电图等传统检查方法所不可比拟 的精确性与敏感性，且检查时间由数小时 降到20分钟左右。最新的研究结果显示： 心磁图检查的敏感性、特异性、准确性都 与心电图的好几倍。
许多鸟都有辨别方向的本领，其中信鸽的这
种本领尤其突出。但科学家做了这样一个实验： 把磁铁绑在许多鸽子身上，这一来，它们在阴 天时飞上天空后，显得无比惊慌，向四面八方 乱飞开去，不能返回家园。和这些鸽子相对照， 另一些鸽子绑上了铜棒，这群鸽子则平安地返 回家园。这是为什么呢？鸽子是靠什么辨别方 向的呢？
旋磁性和铁磁共振现象共33页
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— 。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
铁磁共振实验报告
一、实验背景早在1935年，著名苏联物理学家兰道（Lev Davydovich Landau 1908—1968）等就提出铁磁性物质具有铁磁共振特性．经过十几年，在超高频技术发展起来后，才观察到铁磁共振吸收现象，后来波耳得（Polder ）和侯根（Hogan ）在深入研究铁磁体的共振吸收和旋磁性的基础上，发明了铁氧体的微波线性器件，使得铁磁共振技术进入了一个新的阶段．自20世纪40年代发展起来后，铁磁共振和核磁共振、电子自旋共振等一样，成为研究物质宏观性能和用以分析其微观结构的有效手段．微波铁磁共振现象是指铁磁介质处在频率为ƒ0的微波电磁场中，当改变外加恒定磁场H 的大小时，发生的共振吸收现象．通过铁磁共振实验，我们可以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造、设计等方面有着重要的应用价值．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．掌握铁磁共振的基本原理，观察铁磁共振现象．3．测量微波铁氧体的共振磁场B ，计算g 因子．三、实验原理1.磁共振自旋不为零的粒子,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: 02B h E πγ=∆ （1）（其中，γ为旋磁比，h 为普朗克常数，0B 为稳恒外磁场）．又有e m e g2=γ，故0022B g B h m e g E B e μπ=⨯=∆．（其中，g 即为要求的朗德g 因子，其值约为2．πμe B m eh 4=为玻尔磁子， 其值为1241074.29--⋅⨯T J ）若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 =外E υh （2）其中，υ为交变电磁场的频率．当该能量外E 等于粒子分裂后两能级间的能量差E ∆时，即：υh 0B g B μ= （3）低能级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.铁磁共振铁磁共振实际上就是铁氧体原子的电子自旋顺磁共振，在相同的外磁场中电子能级裂距约为核磁能级裂距的1840倍．所以能级间跃迁所需的能量要比核磁共振需要的能量大的多，因此我们可以用微波（约υ=9GH Z ）来提供电子跃迁所需的能量．在实验中微波的频率是固定的，其在谐振腔中样品处的能量υh 也是固定的．要产生磁共振电子能级间的能量差02B h E πγ=∆必须等于该值．我们改变励磁电流值，使外磁场磁感应强度0B 变化，因而使电子能级间的能量差02B h E πγ=∆随之改变，当其接近于微波能量值υh 时，电子就要吸收微波磁场的能量，产生铁磁共振，表现为检波器的输出电流减小，电流最小值对应的外磁场B 为谐振时的磁感应强度值γB ，此时等式υh B g B μ= 成立，B 由特斯拉计测出，υ由波长表可读出，h 、B μ为常数，则g B h B μυ=． 3.输出电流最小值对应的磁场强度为磁共振时的磁场强度值的原理由图一图一检波二极管输出的电流正比与其输入微波功率，改变外磁场B 实际上改变粒子两能级间的能量差0B g B μ，当它不等于粒子处微波能量υh 时，粒子不吸收微波能量，微波可完全越过粒子到达二极管，使其输出一个较大的电流．继续调节B ，当粒子两能级间的能量差0B g B μ等于粒子处微波能量υh 时，粒子吸收微波能量使输出电流减小，其最小值对应的外磁场γB 即为磁共振时的磁场强度值．四、实验步骤1．开启速调管，将电源工作方式选择在等幅状态下，预热十分钟．2．把谐振腔移出电磁铁，并把微安表接在晶体检波器的输出端．3．通过调节速调管电源上的电压及频率调节钮使得微安表读数最大，使得通过谐振腔后的功率输出最大，即通过式谐振腔处于谐振状态．并调整可变衰减器使得微安表的指针位于刻度表的2/3量程处左右．4．调节波长表使得微安表读数达到最小值，读取波长表的刻度值，得微波频率υ．把装置推入电磁铁，保持样品处于磁场中央，调节电磁铁电流，使得微5．安表读数最小，这时处于共振状态，记录下此时的磁场强度B．记录数据，计算g因子的值．6．五、实验仪器及注意事项1.实验仪器a.样品为铁氧体，提供实验用的铁原子．b.电磁铁，提供外磁场，使铁原子能级分裂．c.微波，提供能量，使低能级电子跃迁到高能级．d.波导，单方向传导微波，使其通过样品．e.波长表，测量微波的波长．f.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，样品放在波峰处，该处的微波磁场与外磁场垂直．g.固体微波信号源，产生9GH Z左右的微波信号．h.隔离器，使微波只能单方向传播．i.衰减器，控制微波能量的大小．j.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．k.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．l.微安表，指示检波电流的大小．2.注意事项1.预热后立马开始实验．2.注意特斯拉计的正确使用．3.样品腔要与电磁铁两极平行．六、实验数据记录及处理1.共振磁场强度γB (I=1.97A , υ=9.557GHz )5515∑==i B B mT .0344=由不确定度公式得，A 类不确定度a μ=])([)15(51512∑=--⨯i i B B =4.5mT B 类不确定度b μ=0.1mT22a b B μμ+=∆=4.5mT所以，B B B ∆+==344.0±4.5mT ．2.g 因子计算85.9110274.9100.34410557.910626.6243934=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==---B h g B μυ g 的不确定度13.00ln )(ln 221=∆=∆=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂=∆∑=B B B dB g d x x f g i n i i μ 所以，013.085.91±=g相对误差%0.75%100=⨯-=理论理论g g g E （取g 理论值为2.000）．七、误差分析本实验的g因子误差为0.75%，在正常范围内．g因子的误差主要来源是谐振频率的测量误差和共振磁场的测量误差．谐振频率的测量误差主要来自波长计自身误差和读数误差．在一定的读数范围内微安表的数值都为最小值，所以最小值点对应的频率值会有偏差，但由此造成的误差并不大．共振磁场强度的测量误差主要来自特斯拉计的读数误差和电磁场的不稳定．特斯拉计读数时波动较大，且由于测量端面与磁场方向并不严格垂直，都会造成误差，而各次特斯拉计在磁场中的位置不同也会使读数变化较大．而电磁场随时间而变小，故要尽可能迅速地测量．八、实验心得第一次自主性实验，虽然仍有前人的经验经历可以参考，但与之前做的物理实验相比，这次实验的自主性大大加强了，从中学到了很多，收获颇丰．一开始很好奇，小课题和其他普通实验有什么区别，以为自己要做大量的实验采集大量的数据做统计分析．这一番下来，其实不然．个人觉得我们的这组小课题并不是实验规模的扩大，而是对查阅文献、实验故障排除的能力训练．实验初期是对课题资料的搜集，网上、图书馆资料很多，但真正对实验有用并且我要能理解的就不多了．我找了科学出版社的一本《铁磁学（下册）》和一本《凝聚态磁性物理》，看了“磁化强度的一致进动和铁磁共振”和“旋磁性和铁磁共振”等章节，但针对性都不强．之后在网上找了很多类似实验的实验报告和实验操作视频，方才对实验原理、步骤等有了一定的了解．进入正式实验阶段后，才发现实验仪器状态和原先预想的有很大的偏差．可能是以前小实验中，指导老师会帮助调试仪器，做几个实验数据回去处理分析就好了．而这次，仪器要自己调试，一上手就大手大脚地来，结果微安表根本没有读数显示，就怀疑是仪器问题或是方法不对．在得到老师微安表出错几率很小的反馈后，开始细心地调节仪器．这其间，我们也拆下过检波器，直接与信号发生源相连，确认了微安表与检波器可以正常工作．在反复地调节下，终于完成了测量，真有种“千年的等待，只为这一瞬的绽放”的感觉．从资料搜集到开展实验再到报告总结，这个过程让我知道了自己在查找文献、具体实验等方面锻炼的欠缺．最大的收获就是实验一定要有耐心，要对自己和仪器有信心．在确认实验方法正确的前提下，要学会检查仪器是否正常．每一点微小的偏差都可能引起实验结果很大的偏差甚至得不到任何结果，所以实验操作一定要到位．这次实验可以说是给以后真正的科研做的铺垫．它不仅仅是对我实验技能的培养，更是让我对实验态度有了一个新认识．如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！。
铁磁共振实验分析
铁磁共振实验中过科技大学 邱正明一. 基本原理铁磁共振实验是了解铁原子中电子的磁共振现象。
基本原理：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:0B h E γ=∆ （1）其中：γ为旋磁比，h 为约化普朗可常数，B 0为稳恒外磁场。
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:νh （2）其中：ν为交变电磁场的频率。
当该能量等于粒子分裂后两能级间的能量差时，即：o B h h γν= （3）2πν=γB 0 （4）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。
二. 实验设备图一a.样品为铁氧体，提供实验用的铁原子。
b.电磁铁，提供外磁场，使铁原子能级分裂。
c.微波，提供能量，使低能级电子跃迁到高能级。
d.波导，单方向传导微波，使其通过样品。
e.波长表，测量微波的波长。
f.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。
g.固体微波信号源，产生9GH Z左右的微波信号。
h.隔离器，使微波只能单方向传播。
i.衰减器，控制微波能量的大小。
j.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。
k.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。
l.微安表，指示检波电流的大小。
m.微波电源，为固体微波信号源提供电源。
三. 实验原理铁磁共振实际上是铁原子的电子自旋顺磁共振，在相同的外磁场中电子能级裂距约为核磁能级裂距的1840倍。
所以能级间跃迁所需的能量要比核磁共振需要的能量h ν大的多，因此我们用微波（约ν=9GH Z ）来提供电子跃迁所需的能量。
在实验中微波的频率ν是固定的，其在谐振腔中样品处的能量h ν也是固定的。
要产生磁共振电子能级间的能量差B h γ必须等于该值，我们改变励磁电流值，使外磁场磁感应强度B 变化，因而使电子能级间的能量差B h γ随之改变，当其接近于微波能量值νh 时，电子就要吸收微波磁场的能量，产生铁磁共振，表现为检波二极管的输出电流减小，电流最小值对应的外磁场B r 为谐振时的磁感应强度值，此时等式r B h h γν=成立，B r 由实验所测得的共振吸收曲线（图三）求得，ν由波长表测出，γ即可求出。
实验十八铁磁共振讲义
实验十八 铁磁共振（FMR)在现代,铁磁共振也和顺磁共振、核磁共振……等一样是研究物质宏观性能和微观结构的有效手段.铁磁共振在磁学乃至固体物理学中都占有重要地位，它是微波铁氧体物理学的基础。
而微波铁氧体在雷达技术和微波通讯方面都已获得重要应用。
早在1935年著名苏联物理学家兰道（л·д·лaHдay )等就提出铁磁性物质具有铁磁共振特性。
十几年后超高频技术发展起来，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，这是因为多晶样品的共振吸收线较宽，又非洛仑兹分布，也不对称；并在许多样品中出现细结构.单晶样品的共振数据易于分析，不仅普遍被用来测量g 因子、共振线宽及弛豫时间，而且还可以测量磁晶各向异性参量. 【实验目的】1。
熟悉微波信号源的组成和使用方法，学习微波装置调整技术。
2。
了解铁磁共振的基本原理，学习用谐振腔法观测铁磁共振的测量原理和实验条件. 3.测量微波铁氧体的铁磁共振线宽；测量微波铁氧体的g 因子。
【实验仪器】DH800A 型微波铁磁共振实验系统和示波器等。
【实验原理】 1。
铁磁共振铁磁物质的磁性来源于原子磁矩，一般原子磁矩主要由未满壳层电子轨道磁矩和电子自旋磁矩决定。
在铁磁性物质中，电子轨道磁矩受晶场作用，其方向不停地在变化，不能产生联合磁矩，对外不表现磁性,故其原子磁矩来源于未满壳层中未配对电子的自旋磁矩。
但是,铁磁性物质中电子自旋由于交换作用形成磁有序,任何一块铁磁体内部都形成许多磁矩取向一致的微小自发磁化区(约个原子）称为“磁畴”，平时“磁畴"的排列方向是混乱的，所以在未磁化前对外不显磁性，在足够强的外磁场作用下，即可达到饱和磁化,引用磁化强度矢量M ,它表征铁磁物质中全体电子自旋磁矩的集体行为，简称为系统磁矩M .处于稳恒磁场B 和微波磁场H 中的铁磁物质，它的微波磁感应强度H 可表示为0b=ij H μμ （1）ij μ称为张量磁导率,0μ为真空中的磁导率.,10000⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧-=μμμjKjKij （2）μ、K 称为张量磁导率的元素.=-j μμμ'''=K -jK K ''' （3）μ、K 的实部和虚部随B 的变化曲线如图1(a 、b ）图1 a 实部变化曲线 b 虚部变化曲线μ'、K '在0B γωγ=处的数值和符号都剧烈变化称为色散.μ''、K ''在0ωγ处达到极大值称为共振吸收，此现象即为铁磁共振.这里0ω为微波磁场的旋转频率，γ为铁磁物质的旋磁比.g h B⋅=πμγ2 （4)上式中:2419.2741102B eeJ T m μ--==⨯⋅，称为玻尔磁子,346.626210h J s -=⨯⋅，是普朗克常数.μ''定义为铁磁物质能的损耗，微波铁磁材料在频率为0f 的微波磁场中,当改变铁磁材料样品上的稳恒磁场B 时，在满足00B B ωγ==时，此时磁损耗最大，常用共振吸收线宽ΔB 来描术铁磁物质的磁损耗大小。
铁磁共振
2.3.2 铁磁共振（本文内容选自高等教育出版社《大学物理实验》）在微波波段（参考附录），只有铁氧体对微波吸收最小。
当满足一定条件时，磁性物质从微波磁场中强烈吸收能量的现象称为铁磁共振，它和核磁共振、顺磁共振一样也是研究物质宏观性能和微观结构的有效手段。
它能测量微波铁氧体的许多重要参数，因此，广泛应用于微波铁氧体器件的制造、设计，对雷达和微波技术的发展做出了重要贡献。
本实验要求学习用传输式谐振腔法研究铁磁共振现象，测量YIG 小球（多晶）的共振线宽和g 因子。
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 0μ=m μ⋅ij H m （1） μ0为真空中的磁导率，μij 称为张量磁导率。
μij =⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-1000μμjk jk（2）μ、k 称为张量磁导率的元素 '''μμμj -= （3）'''jk k k -= （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γω/0=rB 处数值和符号都剧烈变化，称为色散。
μ’’、k ’’在γω/0=rB 处达到极大值，称为共振吸收，此现象即为铁磁共振。
这里ω0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γω/00==B B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Bγω=，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。
铁磁共振
中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩：班级： 姓名： 同组者： 教师：铁磁共振实验 【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、学会测量微波铁氧体的铁磁共振线宽和g 因子的测量。
【实验原理】一. 微波铁磁共振的基本原理由磁学理论可知，物质的铁磁性主要来源于原子或离子在未满壳层中存在的未成对电子自旋磁矩。
其进动方程和进动频率可分别写为：⎪⎭⎪⎬⎫=⨯-=B dt d γωγ)(B M M (B6-1)式中g m ee2=γ为旋磁比，g 为电子的朗德因子，理论上g ＝2。
上述情况未考虑阻尼作用。
当外加微波磁场H m 的角频率错误！未找到引用源。
0与磁化强度矢量M 进动的角频率错误！未找到引用源。
相等时，铁磁物质吸收外界微波的能量用以克服阻尼并维持进动，这就发生了共振吸收现象。
由（B6-1）式可知，发生铁磁共振时的恒磁场B 0与微波角频率错误！未找到引用源。
0满足00B γω= (B6-2)从量子力学观点看来，当电磁场的量子ћ ω0 刚好等于系统M 的两个相邻塞曼能级间的能量差∆E 时，就会发生共振现象。
此时000B g B E B μγω===∆ 或00B γω= (B6-3)其中，eB m e 2=μ12410274.9--⋅⨯=T J ，为波尔磁子。
二. 磁性材料的磁导率和铁磁共振线宽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。
在恒定磁场下，μ可用实数表示；在交变磁场下，μ要用复数表示：图B6-1 磁化强度矢量绕外磁场的进动图B6-2 铁磁共振曲线μμμ''-'=i (B6-4)其中实部μ'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μ''反映交变磁场时磁性材料的磁能损耗。
三. 微波（样品）谐振腔截面为a×b (a>b)，长为l 的一段波导管，两端用金属片封闭，为了微波的进入和少量泄露（以便检测），这两片金属片或其中的一片开有小孔（耦合孔）。
铁磁共振 (13)
铁磁共振系别:6系姓名: 陈正学号: PB05210465 实验目的：本实验的目的在于学习用传输式谐振腔法研究铁磁共振现象，测量YIG小球（多晶）的共振线宽和g因子。
实验原理：铁磁共振实验是了解铁原子中电子的磁共振现象。
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（1）ΔE = γhB为稳恒外磁场。
其中：γ为旋磁比，h为约化普朗可常数，B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hν（2）其中：ν为交变电磁场的频率。
当该能量等于粒子分裂后两能级间的能量差时，即：hν = γh B（3）（4）2πν = γ B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。
铁磁共振实际上是铁原子的电子自旋顺磁共振，电子能级裂距约为核磁能级裂距的1840倍。
所以能级间跃迁所需的能量要比核磁共振需要的能量大的多，因此我们用微波（约9GHZ）来提供电子跃迁所需的能量。
在实验中微波的频率ν是固定的，其提供的能量hν也是固定的。
为使铁原子中电子能级间的能量差能等于该值，我们改变直流磁场的电压值，使外磁场磁感应强度B变化，因而使电子能级间的能量差γhB随之改变，使其扫过微波能量值hν，使等式hν = γhBr成立，产生铁磁共振。
Br为谐振点处的磁感应强度值。
实验内容:1．熟悉各微波元件，并按照书上图把各元件安装成一完整的实验系统。
2．调节微波发生器，使谐振腔与发生器输出微波信号调谐，利用仪器的波长表测出谐振频率f。
3．用非逐点调谐测出检波电流I随d的变化曲线，然后根据B-d曲线作I-B 曲线，计算g因子。
实验注意事项：实验时应注意：1，保持谐振腔的输入微波功率和发生器输出信号频率不变；2，在记录示波器上的数据点时应该快速；3，实验时应保证样品在谐振腔微波磁场的最大处。
铁磁共振 PPT课件
B 312 278 34 mT
I(A) 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90
I(μ A) 53.5 53.2 53.4 53.9 54.0 54.1 54.1 54.2 54.3 54.5 54.6 54.7 54.7 54.7 54.4 54.5 54.2 54.1 54.0 54.0 53.8 53.5 53.2 52.8 52.3 52.0 51.4 50.8 50.4 50.1
为旋磁比，为约化普朗可常数， B 为 其中：
稳恒外磁场。
——经典解释续
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 h (2) 其中： 为交变电磁场的频率。 当该能量等于粒子分裂后两能级间的能量差时， 即： （3） h B (4) 2 B 低能级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。
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造、设计等方 面有着重要的应用价值。
二、实验目的
了解铁磁共振的基本原理，观察铁磁共振
现象；
测量微波铁氧体的铁磁共振线宽；
测量微波铁氧体的g因数
注:铁磁共振研究铁原子中电子的磁共振现象
三、实验原理——概念介绍
，同时读微 I励 ( A )
I励
，根据转换表将励磁电流值 I 检 (A ) 曲线。据曲线求 I 检 -B (对应 Br
最 I检 ( A)
2 B
(完整版)heci
铁磁共振简介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！磁场材料中的电子自旋磁矩系统在互相垂直施加的直流磁场H0和角频率为ω的微波交变磁场h=h0e同时作用下，但`H_0\gt\gth_0`，当ω=γH0时，该磁矩系统将从交变磁场中强烈吸收能量的现象称为铁磁共振.这是英国物理学家格里菲斯于1946年最先在金属Fe、Co、Ni中观察到的现象，至今,已在许多磁性材料中观察到铁磁共振.大量实验结果的总结已使铁磁共振成为研究磁性材料动态磁性和测量饱和磁化强度、磁晶各向异性常数的有力工具，同时利用铁磁共振现象可以做成许多微波器件.原理当铁磁物质受到互相垂直的恒定磁场H和高频磁场h作用时，磁化矢量Ms的宏观经典运动方程可用朗道-栗弗希茨方程来描述:dMs/dt=-γM s×H eff+T d式中，γ=1。
1051×10g（m/A·s)，是旋磁比(g为g因子），H eff是作用于铁磁物质的总有效场,原则上，除了高频磁场外，还可来自五种磁场的贡献,即H eff=H+H ex+H k+Hσ+H d式中，H、H ex、H k、Hσ、H d分别是外加稳恒磁场，交换场，磁晶各向异性场,应力各向异性场和退磁场.代入运动方程式，可以获得相应的共振条件.例如考虑样品形状各向异性的影响，设想有一小旋转椭球体,三个主轴和直角坐标系的x、y、z轴重合,z轴和长轴一致，稳恒磁场平行于长轴,则磁矩一致进动的共振频率可用基特尔公式表示ω0=γ｛[H0+（Nx-Nz）Ms］［H0+（Ny—Nz)Ms]｝式中，H0是稳恒场，Nx、Nz、Ny分别是椭球体沿x、y、z轴的退磁因子。
推论如果描述磁矩在外场作用下运动规律的朗道-栗弗希茨方程式阻尼项Td不为零，则可证明，张量磁导率可表示成以下形式＄（bb{\mu}_{ij}）=|［\mu,-jk,0],［jk，\mu，0]，［0，0,1]｜$而且，式中的对角张量元和非对角张量元均为复数，即μ=μ'—jμ"k=k'-jk”由此看出，张量磁导率是一个不对称张量,各个张量元均为复数，它们的虚部表明了材料的损耗。
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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。
三. 共振线宽和损耗机理
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：
H 5000Oe f0=14000106Hz
交变磁场在微波频段
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：
令：
Hihxjhy k(Hz hz) Mimxjmy k(Mz mz)
h h 0 e i t m m 0 e i t
ij
k
dM dt
mx
my
Mz mz
hx hy Hz hz
m ia
ia
0 0h
sr
h
0 0 0
020 022,a 020 02
3. 有阻尼时，磁导率张量元变为复数： 求解有阻尼项的旋磁方程：
ddM t MHTD
求解方法同上，过程从略，其结果是：
共振频率发生漂移：
0
Hz(12M2z2
1
)2
张量元变为复数： ' i ",
a a ' ia "
四. 各种因素对铁磁共振频率的影响
1. 形状的影响： 0 2 2 H z ( N x N z ) M H z ( N y N z ) M
2. 磁晶各向异性的影响：（以立方晶系为例）
0(H 1 0 0 2 0 K M 1 S), 0(H 1 1 1 3 4 0 K M 1S) 共振频率和磁场取向有关。
ddM t MHTD
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
TD
M2
M
(M
H )
M
M
(M
H )
吉尔伯特形式
TD
M
M
dM dt
布洛赫形式
(TD )z
Mz
1
M
(TD ) x,y
M x,y
2
或：
TD1M0H
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，当进动角很小，损耗也 很小时，可以证明它们系数之间的关系是：
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。
M 0
二. 各向同性、均匀、饱和磁化、无限大样品中的一致进动
上述方程中的磁场应该指铁磁体内的有效磁场：
H e ff H H k H d H e x H
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
hy
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。
张量元的实部和虚部都是频率的函数，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。
4. 正负圆偏振交变磁场作用下的标量磁导率
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。
h (eˆx
m (
jeˆy )h0e
i jk
dM(MH)
dt
mx
my
Mz
0 0 Hz
因为有：
d d 2m t2x2H z2m x, d d 2m t2y2H z2m y
这是一个典型的简谐振动方程，其解可以表示为：
m x m 0 x e i t,m y m 0 y e i t, M z C恒定值
代入方程中有： imx Hzmy 0 Hzmx imy 0
摘自kittel 8版p253
一. 磁矩进动方程
(下面 M＝MS，H 都是矢量）
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。
dH, ge0
dt
2me
推广到大块物质上，则是：
dM MH
dt
进动方向
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：
有解条件是其系数行列式为零，即：
0 Hz
这就是自由进动频率。代入方程可以证明：
m xim y, m yim x
显然进动是右旋的。
进动频率
f0对自旋系统，g＝2，有：
f 0 ( 1 0 6 H z ) 3 . 5 2 1 0 2 H z ( A m 1 ) 2 . 8 0 H z ( O e )
在 h<<H，m<<M 时，可以忽略二次小量，旋磁方程可以写作：
imx 0my 00hy 0mx imy 00hx
mz o
按二元一次方程求解，可以得到：
00hy 0
mx
00hx i i 0
02002 2
hx
i
00 02 2
hy
hx
iahy
0 i
my
i
00 02 2
hx
002 02 2
hy
iahx
可以证明共振线宽和阻 尼系数的关系为：
2 2 2
H
0
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
实际材料： 可以估出：
H10~104Am1
106 ~1010s
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，使材料的温度 升高。