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铁磁共振

姓名：陈才学号：P日期：2006-5-7

试验目的：

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。

试验原理：

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Bm可表示为

BμH（1）

μ0为真空中的磁导率，μ称为张量磁导率。

μ=（2）

μ、k称为张量磁导率的元素

（3）

（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’在处数值和符号都剧烈变化，称为色散。μ’’、k’’在处达到极大值，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，当时，磁损耗最大，常用共振吸收线宽来描述铁磁物质的磁损耗大小。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，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Hm的角频率ω0时，M吸收微波磁场能量，用以克服阻尼并维持进动，此时即发生铁磁共振。

铁磁物质在处呈现共振吸收，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。如下图：

微波由发生器产生经隔离器，由定向耦合器分为两路，一路经晶体检波器，由微安计监视繁盛期的输出功率；另一路经隔离器进入带样品的谐振腔，当磁场变化时，谐振腔的输出功率发生变化，经精密衰减器控制进入晶体检波器，由微安计指示共振情况

实验设备：

微波发生器，隔离器，定向耦合器，晶体检波器，微安计，谐振腔，铁氧体小球，精密衰减器，磁铁，示波器

实验数据处理：

一、测谐振频率：

实验前，打开微波电源，先预热半个小时，调节衰减器，使微安表有40μA的指示。然后旋转波长表的螺旋测微器，当电流达最小值时，读取螺旋测微器刻度值，对照刻度值与频率的关系对照表，得微波频率值。

实验前测六组数据为3.00053.00023.00103.00093.00043.0008

实验结束六组数据为3.00003.00013.00012.99992.99982.9998

共十二组数据求平均值为

由L与频率的关系

L

f/MHz

3.001

8997

2.997

8998

用线性插入法处理实验数据

则实验时用的微波对应的频率为

二、测I—B曲线：

本实验共两组：

第一组数据

当电流由小到大变化时数据如下：

B/mT

I/uA

B/mT

I/uA

B/mT

I/uA

B/mT

I/uA

B/mT

I/uA

2.1

38

155

38

277

31.2

304

33.8

332

44.4

12.5

38

161

38

278

31

306

35.2

333

44.5

20

38

170

38

279

30.7

308

37

340

44.5

30

38

179.5

37.8

280

30

309

38.1

349

44

39.9

38.1

188

37.5

281

29.7

311

40

359

44

48

38.1

196

37.2

282

29.1

313

40.3

362