磁性材料磁畴动态观测仪的研制
物理实验技术中的磁性材料测量技巧
物理实验技术中的磁性材料测量技巧磁性材料是广泛应用于工业领域的一类材料，其磁性能的测量和分析对于材料的质量控制和应用性能的评估至关重要。
在物理实验技术中，有许多磁性材料测量技巧被广泛采用。
本文将讨论几种常见的磁性材料测量技巧和相关仪器的使用。
1. 磁化曲线测量磁化曲线测量是评估磁性材料磁化特性的关键方法之一。
它通过测量磁场对材料磁化过程中的响应来获得磁化曲线。
常用的测量方法有霍尔效应法、先进磁强计法和振荡法等。
其中，霍尔效应法利用了材料在磁场中的霍尔电流来确定磁化特性。
通过将磁场施加到样品上并测量霍尔电阻来得到磁化曲线数据。
先进磁强计法则是通过利用磁强计测量材料在不同磁场下产生的局域磁场，进而得到磁化曲线。
振荡法则是通过通过测量磁化量和磁场之间的干涉现象，得到磁化曲线数据。
2. 磁滞回线测量磁滞回线是磁性材料饱和磁化和磁场去除之间的关系曲线。
磁滞回线测量是评价磁性材料的重要手段之一。
常用的测量装置有霍尔效应测量仪和振荡测量仪。
霍尔效应测量仪是一种常见的磁性材料测量仪器，通过测量材料在不同磁场下的电阻变化，可以获得磁滞回线的数据。
其优点是测量灵敏度高，测试速度快。
振荡测量仪则是利用磁性材料对外加磁场的响应来获得磁滞回线数据。
其优点是测量何必精度高，可以获得更准确的结果。
3. 磁化率测量磁化率是磁场引起材料磁化的程度，是评估磁性材料性能的重要指标之一。
磁化率测量是衡量磁性材料特性的重要方法之一。
常用的磁化率测量方法有磁化率测量仪和霍尔效应测量仪。
磁化率测量仪是测量材料的磁化率的专用仪器。
它通过施加恒定磁场，测量磁场强度和材料磁化强度之间的关系，从而得到磁化率。
霍尔效应测量仪是利用磁场对材料的霍尔电阻的影响来测量磁场强度和材料磁化强度之间的关系。
4. 磁畴观测磁畴是指材料中具有一定磁性的微观区域。
磁畴观测是评估磁性材料微观特性的一种重要方法。
常用的磁畴观测技术有光学显微镜观测和扫描探针显微镜观测。
光学显微镜观测是最常见的磁畴观测技术之一。
磁畴观测方法现状与展望
综述·动态·评论磁畴观测方法现状与展望许启明1，张振彬1，杨永明1,2（1. 西安建筑科技大学材料科学与工程学院，陕西西安 710055；2. 西安建筑科技大学理学院物理系，陕西西安 710055）摘 要：磁性材料的宏观磁性能主要是由磁畴结构及其运动变化方式所决定，因此磁畴图像的观测是一个很重要的研究课题。
目前，磁畴观测的方法已有很多种，如粉纹法、磁光效应法、电子全息法等。
本文主要介绍了各种磁畴观测方法的特点及发展状况，与铁磁学、电子信息、磁性材料及器件等学科的关系，指出磁畴观测方法的发展趋势，磁畴实验技术和装置的发展与完善将为磁畴动力学研究提供基础。
关键词：磁畴观测方法；磁畴动力学；粉纹图法；克尔磁光效应；磁力显微镜中图分类号：O482.5 文献标识码：A 文章编号：1001-3830(2010)04-0001-04Status and Prospects on the Magnetic Domain Observation MethodsXU Qi-ming1, ZHANG Zhen-bin1, YANG Yong-ming1,21. School of Material Science & Engineering, Xi'an University ofArchitecture and Technology, Xi'an 710055, China;2. Physics Department, School of Science, Xi'an University of Architectureand Technology, Xi'an 710055, ChinaAbstract: Macro-magnetic properties of magnetic materials were strongly dependent on their magnetic domain structure and its movement, so the observation of magnetic domain images is a very important research topic. At present, there is a variety of ways for the magnetic domain observation, such as powder pattern method, magneto-optical effect method, e-holographic method and others. This paper describes features and development of these observation methods of magnetic domain, and the relation to the research of ferromagnetism, electronic information, magnetic materials and devices. The development and improvement of magnetic domain observation techniques can provide necessary conditions for the research of dynamics of magnetic domain.Key words: magnetic domain observation; dynamics of magnetic domain; powder pattern method;magneto-optical effect method; magnetic force microscope1 引言磁性材料的宏观性能决定于材料磁畴结构和变化方式，对磁畴结构和变化方式的观测是铁磁学、信息科学和磁性材料与器件等学科领域的基础性研究之一。
FD-BH-2动态磁滞回线使用说明
FD-BH-2型动态磁滞回线实验仪说明书上海复旦天欣科教仪器有限公司中国上海FD-BH-2型动态磁滞回线实验仪一．概述磁性材料在通讯、计算机和信息存储、电力、电子仪器、交通工具等领域有着十分广泛的应用。
磁化曲线和磁滞回线反映磁性材料在外磁场作用下的磁化特性，根据材料的不同磁特性，可以用于电动机、变压器、电感、电磁铁、永久磁铁、磁记忆元件等。
动态磁滞回线是磁性材料的交流磁特性，其在工业中有重要应用，因为交流电动机、变压器的铁芯都是在交流状态下使用的。
本公司研制生产的FD-BH-2型动态磁滞回线实验仪具有以下特点：1. 提供形状尺寸相同的软磁铁氧体和硬磁模具钢(Cr12)两种典型磁性材料进行磁特性测量，可明显比较它们的磁特性参数不相同。
并可测量在磁场强度较小时，硬磁材料椭圆磁滞回线磁参数(复数)，实验内容相当丰富；2.提供可变频率的正弦波交流电源，可观测频率对磁特性的影响;3.正弦信号源与220伏交流电源隔离(浮地)，实验安全可靠；4.提供准确度较高的交流数字电压表和细调正弦信号源。
校准示波器X轴和Y轴分度值(定标)相当方便、准确；5. 样品初级线圈串联取样电阻R和次级线圈串联电阻2R和电容C，均可单独引1出接线。
学生自己可用交流矢量合成法或等阻抗法精确测量R、2R和C值。
1 (外接一个电阻箱即可)本仪器是观测动态磁滞回线的优质仪器，可供高等院校、中等专业学校等基础物理实验，设计性综合性实验和演示实验使用。
二．仪器用途FD-BH-2型动态磁滞回线实验仪可以完成以下实验内容：1. 测量软磁铁氧体基本磁化曲线和磁滞回线，求材料饱和磁感应强度、矫顽磁力和剩磁值，磁导率与磁场强度关系。
2.观察硬磁模具钢(铬合金钢)的磁滞回线。
3.观察交流电频率对磁性材料磁特性参数的影响。
4.学习用正弦信号和交流数字电压表对示波器X轴和Y轴分度值进行校准(定标)。
5.学习用矢量合成法或等阻抗法测量电阻值和电容值。
6.观察在磁场强度H较小时，硬磁材料椭圆磁滞回线，测量椭圆磁滞回线的交流磁特性参数。
磁性材料磁畴动态观测仪的研制
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ： ｇ ｅ ｃｍａｅ ａ； Ｆ ａ ａ ｆｅ ｔ ｏ ｓｒａｉｎｏ ｇ ｅ ｃｄ ｍａｎ ｍａ ｎ ｔ ｒｐ ｒｙ ｄｓ ｍａ ｎ ｔ ｔｒ ｌ ｉ ｉ ｒ ａ ｄ ｙｅｆ ； ｂ ｅ ｔｏ ｆｍａ ｎ ｔ ｏ ｉ ； ｃ ｖ ｉ ｇ ｅ ｃｐ ｏ ｔ ｉ ｅ
一
步提 高该仪 器的性 能进行 了分析 。
关键 词：磁 性材料；法拉第效应；磁畴观测；磁性 能
中图分类号：Ｔ １、７２ Ｇ１５２ ；０４ ２ ５ ８． ５ 文献标识码 ：Ｂ 文章编号 ：１０ ．８ ０２０ ）５０４ ．４ ０ １３ ３ （０ ６０ ．０ ２０
Ｄｅ ｅｏ ｍ ｅ ｔ ｆ ｎ Ｉ ｓｒ ｍ ｅ ｔ ｏ ｅＤｙ ａ ｉ ｖ ｌｐ ｎ ｎ ｔ ｕ ｏ ａ ｎ ｒｔ ｎ ｍ Ｃ ｆ ｈ
ｍａ ｎ ｔ ｌ ｉ ｌｏ ｇ ｖ ｎ Ｆ ｒ ｅ ｍｏ ｅ ｔ ｅｍｅ ｏ ｓｆ ｒ ｅｉ ｒ ｖ ｍｅ ｔ ｆ ｈ ｓ ｅ ｉ ｅａ ｅ ａｓ ｉ ｅ 、 ｇ ｅ ｃｆ ｍ ａ ｓ ｉ ｅ ． ｕ ｔ ｒ ｒ ， ｔ ｄ ｉ ｉ ｓ ｈ ｈ ｈ ｏ ｔ ｍｐ ｏ ｅ ｎ ｉ ｖ ｃ ｌｏｇ ｖ ｎ ｈ ｏ ｔ ｄ ｒ
ｉｔ ｄ ｃ ｎ ｄ ｔ ｌ Ｉ ｄ ｉ ｏ ， ｅ ｏ ｓｒ ａ ｏ ｆ ｔｅ ｍａ ｎ ｔ ａ ｏ ｒ ｃ ｓ ｆｔｅ（ ｍＢ ） Ｆ Ｇａ５ ２ ａｎ ｔ ｎｒ ｕ ｅ ｉ ｅａ ｓ ｎ ａ ｄｔ ｎ ｔ ｂ ｅ ｔ ｎ ｏ ｇ ｅ ｚｔ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓｏ ｏ ｄ ｉ． ｉ ｈ ｖ ｉ ｈ ｉ ｉ ｈ ＹＳ ｉ （ ｅ ） ｒ ｅ ａ ０１ ｇ
如何进行物理实验中的动态磁性测量与分析
如何进行物理实验中的动态磁性测量与分析物理实验中的动态磁性测量与分析对于研究磁性材料的特性和行为至关重要。
本文将介绍一些常用的技术和方法，帮助读者更好地理解和应用这些测量和分析技术。
一、磁化曲线测量磁化曲线是物理实验中最基本的磁性测量之一。
通过测量外加磁场下磁化强度与磁场的关系，可以获得材料的磁滞回线、饱和磁化强度等重要参数。
常用的测量方法有霍尔效应法、霍尔磁片法等。
在实验中，通过改变外加磁场的大小和方向，可以对材料的磁性作出全面评估。
二、双圈法测量双圈法是一种常用的非接触测量方法，用于测量材料的磁滞回线和交流磁化特性。
该方法利用了磁场对于感应电动势的影响，通过测量感应电动势的大小和相位差，可以快速、准确地获得磁性材料的磁化特性。
这种方法适用于对磁性材料在交流磁场中的行为进行研究。
三、磁透析测量磁透析是一种重要的磁性测量技术，用于评估材料的磁导率、磁导率谱等磁性参数。
该方法通过测量材料在外加交变磁场下的感应电动势，结合返磁操作和数学模型，可以得到材料的磁导率谱，进而了解材料的磁性特性。
磁透析可以应用于各种磁性材料的研究，如铁氧体、软磁材料等。
四、磁力显微镜观察磁力显微镜是一种非常有用的工具，用于观察材料的磁性微观结构和磁畴行为。
该仪器结合了磁力显微学和光学显微学的原理，通过磁力显微图像的观察和分析，可以研究材料的磁畴结构、磁畴动力学等重要信息。
这种方法在磁性材料研究和磁记录领域具有广泛的应用。
五、磁化动力学测量磁化动力学测量是研究材料磁性行为的重要手段之一。
通过对材料在交变磁场中的磁化动力学响应的测量和分析，可以了解材料的磁化时间响应、磁化滞后和磁矢量旋转等行为。
这些磁性参数对于理解材料的磁性本质和应用具有重要意义。
六、数据分析和模拟除了实验测量，数据分析和模拟也是物理实验中进行动态磁性测量与分析的重要环节。
通过对实验数据的处理和分析，可以得到更深入的信息和结论。
同时，借助计算机模拟和数值计算等方法，可以预测和解释磁性材料的磁化行为和磁性特性。
磁性材料的磁性测量与应用
磁性材料的磁性测量与应用磁性材料是一类在外磁场作用下表现出磁响应的材料。
磁性材料的研究广泛应用于电子信息、能源、材料科学、化学等领域。
在这些领域中，磁性测量是磁性材料研究的一个基本环节，对于磁性材料的性质研究和应用具有非常重要的作用。
一、磁性测量方法磁性材料的磁性测量是对材料磁性特性的定性或定量研究。
目前常见的磁性测量方法包括磁致伸缩、磁导率测量、磁滞回线和磁相图等。
不同的磁性测量方法适用于不同类型和应用领域的磁性材料。
磁致伸缩方法是一种通过外磁场对磁性材料产生的强度变化进行测量的方法。
这种方法可以测量材料的磁导率、磁化强度等磁性参数。
磁致伸缩技术被广泛应用于磁性材料的应用领域，如磁记忆、磁储存等。
磁导率测量是通过磁场对磁性材料的磁场强度的影响来测量材料磁性的方法。
磁导率测量可以得出材料的磁滞系数、磁导率等参数，可以广泛应用于磁场传感器、电感器等。
磁滞回线方法是通过对磁性材料在外磁场作用下磁化状态的测量，来分析和研究材料磁性的方法。
磁滞回线法可以反映材料的饱和磁化强度、剩磁、矫顽力等参数，在电机、磁钢等领域应用广泛。
磁相图法是指通过不同温度下对磁性材料的磁特性进行绘制，并从图像中分析得出材料的磁特性的方法。
这种方法可以得出磁性材料的磁相结构和相互作用规律，为材料科学提供了重要的研究手段。
二、磁性材料的应用磁性材料是一类性能优异的材料，它在现代工业生产和各个领域中都有广泛的应用。
在电子信息领域，磁性材料的应用主要体现在磁性储存、磁性传感和微波材料等方面。
磁性材料的磁致伸缩特性可应用于精密控制器、磁吸盘和磁光存储器等，磁性材料还广泛应用于通信、移动通信和遥感等领域中。
在能源领域，磁性材料的应用主要体现在发电机、电机、电池和储能器等中。
磁性材料的高饱和磁化强度、磁导率和磁导率等特性可以提高发电机和电机的效率，应用于储能器和电容器等的能量转换和储存中也可以发挥重要作用。
在材料科学领域，磁性材料的应用主要体现在新型功能材料和高分子材料等方面。
磁性材料磁畴的观测
四、实验原理
H作用于磁针尖局域磁矩m上的磁力,其中Mt是磁针尖的 磁化强度，积分是对磁针尖的磁膜体积 V 进行的。在 MFM 操作中，实际引起悬臂偏转的是 F 的 z 分量，在点 磁荷模型下，Fz可表示为
Fz mx H x / x my H y / y mz H z / z
五、实验内容及步骤
六、实验报告要求
实验目的、内容及步骤。
要求测量某磁性材料样品的磁畴，并记录磁畴图片。
七、思考题
磁畴形成的物理机理；
试描述外磁场作用下磁畴的变化过程；
ห้องสมุดไป่ตู้
磁性材料磁畴的观测
一、引言
退磁场 磁性材料被磁化后，只要材料的形状不是闭合的或不是 无限长的，磁化强度在磁体的两个端面上就会产生磁荷， 这些磁荷在磁体的内部产生的磁场Hd，称之为退磁场。
H d Nd M
退磁因子依赖于磁体的形状。一般情况下不能
求解析解。
NX+Ny+Nz=1 (SI) SI制中： 球 Nd = 1/3 ; 无限长杆 Nd = 0； 极薄薄膜，M 薄膜 Nd = 1； M‖ 薄膜 Nd = 0
(1)
通常磁针尖是垂直磁化的，在这种情况下MFM只对杂 散磁场的z分量Hz及其微商敏感。在动态检测的情形下， 磁针尖和H的相互作用时针尖的共振频率和相位φ改变。 如保持φ不变，则频率位移和磁力梯度的关系为 Δf f 0 Fz/2k （2） 其中k是悬臂的弹性系数，结合方程（1）可知，探测， 即探测磁力梯度，就能得到表面磁结构的信息。
三、实验目的
掌握磁性材料磁畴的观测方法和原理。 铁磁性材料的磁畴可以通过磁力显微镜（MFM） 来观测。当磁力显微镜的磁针尖在磁性材料表面 上方以恒定的高度扫描，能感觉到磁性材料表面 的杂散磁场的磁作用力。探测磁力梯度的分布就 能得到产生杂散磁场的表面磁畴结构信息。磁化 强度为M的铁磁性材料表面存在着由表面磁结构 或产生的杂散磁场H（n为法线矢量）。
基于磁光克尔效应的磁畴观测与处理系统
于磁 光克 尔效应 ，采用 自制的磁 光克 尔系统观测磁 畴。采用先进的 电荷耦合 （ Ｃ Ｃ Ｄ）数码 成像技 术，结合 计算 机 图像处理技 术 （ 灰度 处理 Байду номын сангаас边缘检 测等 ）获得磁 畴 图像。 以铁氧体薄膜为研 究对 象，观测 了不同外磁 场作 用
下材料磁 畴的变化 情况。表 明使用本 系统观测磁畴方便 、直观 和先进。
Ｋ ｅ ｏｒ ： ｇ ｅｏ ｏ ｔ ａ ｒ ｅ ｅ ｔ ｍａ ｅｉ ｏ ｉ ｂ ｅｖ ｔ ｎ ｄｇｔｌｍａ ｅｐｏ ｅ ｓ ｇｔｃ ｏｏ ｙｗ ｄｓ ｍａ ｔ—ｐ ｃ ｌ ｎ ｉ Ｋｅｒ ｆ ｃ； ｎ ｇ ｔ ｄ ｍａｎｏ ｓｒａｉ ； ｉｉ ｇ ｒｃ ｓｉ ｈ ｌｇ ｃ ｏ ａ ｉ ｎ ｅｎ ｙ
Ｋｅ ｆ ｃ， ｄ ａ ｃｄｃ ａ ｅｃｕ ｌｄ（ Ｃ ｄｇｔｌｍａｉｇｔ ｈ ｏｏ ｙ ｃ ｍｂｎｄｗｉ ｏ ｐ ｔ ｇ ｒｃ ｓ ｎ ｒ ｅ ｅｔＡ ｖｎ ｅ ｈ ｒ －ｏｐｅ Ｃ Ｄ） ｉｉ ｇ ｃｎ ｌｇ， ｏ ｉｅ ｔ ｃ ｍ ｕｅ ｉ ｅｐｏｅｓ ｇ ｇ ａｉ ｎ ｅ ｈ ｒ ｍａ ｉ ｔｃ ｏｏ （ｒｙｃｌ ｐｏｅｓ ｇ ｅｇ ｅ ｃｏ ｄＳ ｎ ｅｈ ｌｇ ｇａ ｓａｅ ｒｃｓｉ ， ｄ ｅｄｔ ｔ ｎａ Ｏ ｏ）ｗａ ｓｄｔ ｂａｎｔｅｍａｎ ｔ ｏ ｉ ｉ ｇｓ Ｔ ｅ ｎ ｙ ｎ ｅｉ ｎ ｓｕｅ ｏｏ ｔ ｈ ｇ ｅ ｃｄｍａ ｍａｅ． ｈ ｉ ｉ ｎ
Ｓ ｈ ｂ ｅ ｖ ｔｏ ｆ ａ ｅｉ ｏ ｉ ｓｉ ｅ ｙ ｉ ｏ ｔ ｎ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｆｍａ ｅｉｍ ｄ ｍａ ｎ ｔ ｔｒａ ｓ Ｉ ｉ Ｏ ｔ ｅ ｏ ｓ ｒ ａｉ ｎ ｏ ｇ ｔ ｄ ｍａｎ ｓ ｒ ｍｐ ｒ ｔ ｎ ｔ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｇ ｔ ｍ ｎ ｃ ｖ ａ ｉｈ ｎ ｓ ａ ｇ ｅｉ ｍａ ｅ ｉｌ． ｎ ｔ ｓ ｎ ｃ ｈ
自制实验仪器
⾃制实验仪器附件14、中⼼⾃制的部分仪器⽬录和图⽚部分⾃制仪器⽬录1.巨磁电阻综合实验装置2.⼩型等离⼦体直流溅射仪3.多功能组合摆4.电磁感应与磁悬浮装置5.多靶直流溅射仪6.电磁炮7.⾮平衡电桥8.综合电信号测量仪9.居⾥温度实验装置10.磁光效应实验装置11.动⼒学法杨⽒模量测定仪12.电⼦元件伏安特性测定仪13.静态磁性测试仪14.偏振和双折射实验仪15.弦振动实验仪16.⿊体辐射与红外扫描成像仪17.综合光学实验仪18.混沌电路实验仪19.⽰波法磁滞回线测试仪20.激光全息照相实验21.超声速测量仪22.EM-2型电磁波演⽰仪23.BK-2型巴克豪森效应演⽰仪24.SH-2型⾼温超导实验仪25.绝热过程演⽰仪26.RC-2型热磁轮演⽰仪27.机械共振演⽰仪28.质⼼运动演⽰仪29.狭义相对论演⽰仪30.SE-3型趋肤效应演⽰仪31.磁致伸缩演⽰仪1、巨磁电阻综合实验装置90年代初期，⼈们在⼀系列具有钙钛矿结构的稀⼟锰氧化物薄膜及块材中观察到超⼤磁电阻效应(CMR)。
该类材料在磁存储和电⼦学领域具有⼴阔的应⽤前景。
本实验⽤于研究巨磁材料的阻温特性，了解四端法测量巨磁材料⾦属——绝缘体转变温度的原理及⽅法，学习⼏种低温温度计的⽐对和使⽤⽅法。
2、⼩型等离⼦体直流溅射仪薄膜科学正在形成⼀门新的学科，在材料、能源、信息三⼤科学⽀柱中起到⼗分关键的作⽤，在⾼新技术领域发挥着重⼤的作⽤。
本实验仪器帮助学⽣了解和掌握直流溅射法制备⾦属薄膜的原理、⽅法和⼯艺，研究制备⼯艺流程的控制对薄膜性能的影响。
3、多功能组合摆利⽤扭摆测量万有引⼒常数G ，其结果被国际科技数据委员会推荐的基本物理常数收录，并以华中科技⼤学（ＨＵＳＴ）命名，该实验⽅法转化为多功能摆综合系列实验。
“摆动”是最基本的物理现象，“摆”是物理实验中最简单、最基本的实验装置。
在⽇常⽣活、现代测量和科学研究中，⼈们已经研制处形态万千、功能各异的“摆”。
磁性材料的磁畴调控与磁性性能研究
磁性材料的磁畴调控与磁性性能研究磁性材料一直以来都是人们研究的热点之一。
磁性材料的磁畴调控与磁性性能研究是该领域的重要课题，对于提高磁性材料的性能和开发新的应用具有重要意义。
磁性材料是能够感应或产生磁场的物质，其磁性来源于材料中存在的磁性原子、离子或磁性离域电子。
磁畴是指材料中具有相同磁矩方向的一组原子、离子或离域电子的集合。
磁畴的磁性强度与磁化强度有关，通过控制磁畴的形态和尺寸，可以对磁性材料的磁性性能进行调控。
一种常用的调控磁性材料磁畴的方法是外加磁场。
磁场可以改变磁畴的排列和磁畴壁的位置，从而影响磁畴的形态和尺寸。
此外，通过外加磁场可以实现磁畴的翻转，即改变磁畴内部磁向的方向。
这种磁场调控的方法被广泛应用于磁存储器件和磁传感器等领域。
除了外加磁场调控，通过材料自身的性质也可以实现磁畴的调控。
例如，通过改变磁性材料的结构和化学成分，可以调控磁畴的形态和尺寸。
一种常用的方法是通过合金化使材料中存在不同种类的磁性原子或离子，从而形成多相结构。
不同相之间的相互作用可以影响磁畴的形态和尺寸，进而影响材料的磁性性能。
除了磁畴调控，磁性材料的磁性性能研究也是该领域的研究重点之一。
磁性性能包括饱和磁化强度、剩余磁化强度、矫顽力等。
这些性能与磁性材料的能量势能、磁畴结构以及磁畴壁的移动等有关。
通过对磁性材料的磁性性能进行研究，可以了解材料的磁畴状态和磁畴间的相互作用，为进一步优化材料的性能提供理论依据。
磁性材料的磁畴调控与磁性性能研究对于提高磁性材料的性能和开发新的应用具有重要意义。
例如，在磁存储器件中，磁畴的调控可以实现信息的写入、保存和读取。
在磁传感器中，磁畴的调控可以实现灵敏度和稳定性的提高。
此外，磁畴调控还可以应用于磁制冷和磁光材料等领域。
总之，磁性材料的磁畴调控与磁性性能研究是一个广泛而有深度的领域。
通过研究磁性材料的磁畴调控和磁性性能，可以进一步了解磁性材料的微观结构和磁性机制，从而为材料设计和应用提供新的思路和方法。
磁性材料磁畴理论课件
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THANKS
03
通过实验和理论计算，人们发现了一些影响磁畴反转的关键因素，如 温度、磁场、应力等。
04
深入理解磁畴反转机制有助于开发新型磁性材料和器件，并推动磁学 理论的发展。
磁畴计算模拟研究进展
通过建立数学模型和算法，研究者们可以模拟 不同类型磁性材料的磁畴结构和演变过程。
目前，计算模拟已成为磁学领域的重要研究方向之一 ，为新型磁性材料和器件的开发提供了有力支持。
磁性材料磁畴理论课 件
目录
CONTENTS
• 磁畴理论概述 • 磁畴的观测方法 • 磁畴理论的应用 • 磁畴理论的最新研究进展 • 展望与未来研究方向
01 磁畴理论概述
磁畴定义
磁畴：在磁性材料的内部区域，其中 磁矩的取向大致相同，形成一个小的 区域，称为磁畴。
磁畴是磁性材料中自发磁化的基本单 元，具有明显的磁性特征。
。
通过控制材料的成分、结构和 制备工艺，可以实现对磁畴结 构和磁化行为的精细调控，从 而优化磁性材料的性能。
磁畴工程在磁记录、磁传感器 、磁驱动器和磁制冷等领域具 有广泛的应用前景。
磁畴反转机制研究进展
01
磁畴反转是指磁性材料中磁畴的极性产生翻转的现象，是磁学领域的 重要研究课题。
02
近年来，研究者们对磁畴反转机制进行了深入研究，发现其与材料的 微观结构和物理性质密切相关。
磁力显微镜可以观测磁畴的形状、大小、方向和磁畴壁的运动等。
磁畴的X射线衍射观测
X射线衍射技术利用X射线与晶体中 的原子相互作用产生的衍射现象，能 够获得晶体结构的信息。
在磁性材料中，X射线衍射技术可以用 于观测磁畴结构，通过分析衍射图样 可以获得磁畴的晶格结构和取向等信 息。
磁性材料的磁畴结构与磁性机制
磁性材料的磁畴结构与磁性机制磁性材料是一类具有特殊物性的材料，其在外加磁场下会表现出磁性行为。
磁性材料的磁性机制与材料的磁畴结构密不可分。
磁畴结构是指磁性材料中的微观磁区分布，而磁性机制则是指磁畴结构的形成和变化机制。
本文将探讨磁性材料的磁畴结构和磁性机制，以及它们在材料研究和应用中的重要性。
磁畴结构是磁性材料中的微观磁区分布。
在无外加磁场时，磁畴结构是随机的，各个磁畴的磁矩方向相互无序。
而在外加磁场作用下，磁畴结构会发生变化。
在一定的磁场强度下，磁性材料会形成具有一定方向的磁畴，磁畴内的磁矩呈现一定的方向性。
磁畴之间的磁矩方向则相互正交或者平行排列。
这种有序的磁畴结构使得磁性材料具有磁化的能力。
磁性机制是指磁畴结构的形成和变化机制。
根据磁畴结构的稳定性，磁性机制可以分为磁畴壁移动和磁畴翻转两种主要模式。
在磁性材料中，磁畴壁是磁畴之间的过渡区域，其中磁矩方向逐渐从一个磁畴变为另一个磁畴的方向。
磁畴壁的移动是磁畴结构变化的一种重要机制。
磁畴壁的移动可以由外加磁场的作用、温度的变化或者应力的施加等因素引起。
磁畴翻转是磁畴结构变化的另一种机制。
磁畴翻转指的是在一定的条件下，磁性材料中的磁畴从原有的方向变为相反的方向。
磁畴翻转通常发生在磁畴壁附近，磁场强度的改变和磁畴壁的形态对磁畴翻转有着重要的影响。
磁畴翻转的机制与材料的微观结构和物理性质密切相关，不同的磁性材料具有不同的磁畴翻转特性。
磁畴结构和磁性机制对于磁性材料的性能和应用有着重要的影响。
首先，磁畴结构的不同会导致磁性材料的磁性能差异。
例如，在一些磁性材料中，磁畴结构的变化可以引起材料的磁滞行为和磁导率的变化。
其次，磁性机制的研究可以为设计和合成新型磁性材料提供指导。
通过了解不同材料的磁畴翻转机制，可以优化材料的磁性能，满足不同应用领域对磁性材料性能的需求。
磁性材料的磁畴结构和磁性机制也为磁性存储器、磁传感器、磁记录等磁学设备的研发提供了重要的基础。
磁性材料的磁畴结构与磁滞损耗
磁性材料的磁畴结构与磁滞损耗磁性材料是一类具有特殊磁性性质的材料，具有广泛的应用领域，包括电子设备、能源转换、医疗器械等。
在研究和开发磁性材料时，磁畴结构和磁滞损耗是两个重要的研究方向。
本文将重点探讨磁性材料的磁畴结构以及磁滞损耗，并分析其对磁性材料性能的影响。
一、磁畴结构磁畴是磁性材料中具有相同方向磁化的微观区域，不同磁畴之间的磁化方向可以不同。
磁畴结构对磁性材料的磁化过程和磁性能有重要影响。
研究磁畴结构可以帮助我们深入理解材料的磁性质，优化材料的磁化特性。
磁畴结构的形成与外部磁场的作用密切相关。
在无外场情况下，磁性材料的磁畴通常呈现多畴结构，各个磁畴的磁化方向随机分布。
当外部磁场作用于材料时，磁畴会发生重排和重新取向，最终形成较大的磁畴区域。
这些磁畴的磁化方向几乎相同，使得材料呈现明显的磁性。
二、磁滞损耗磁滞损耗是磁性材料在周期性外部磁场作用下产生的热量损耗。
磁滞损耗是由于磁性材料在外部磁场作用下磁畴壁的移动和磁化方向的翻转引起的。
磁滞损耗与磁性材料的饱和磁感应强度和磁滞回线的面积有关。
对于具有相同饱和磁感应强度的材料，磁滞回线面积越大，磁滞损耗越大。
要减小磁滞损耗，可采取以下措施：1.选择具有较高饱和磁感应强度的磁性材料，以降低磁滞回线的面积。
2.通过优化材料的磁畴结构，减小磁畴壁的移动和磁化方向的翻转，从而降低磁滞损耗。
3.合理设计材料的形状和尺寸，减少磁场的集中，降低磁滞损耗。
三、磁畴结构对磁滞损耗的影响磁畴结构对磁滞损耗的大小和特性有重要影响。
具有较大磁畴的磁性材料通常具有较高的饱和磁感应强度，因此其磁滞回线面积相对较小，磁滞损耗较低。
另外，优化的磁畴结构能够减小磁畴壁的移动和磁化方向的翻转，从而降低磁滞损耗。
因此，控制磁畴结构是减小磁滞损耗的重要方法之一。
可以通过控制磁性材料的制备工艺、添加适量的合金元素等手段来调控磁畴结构，从而实现对磁滞损耗的控制。
四、磁性材料的应用与发展磁性材料的磁畴结构和磁滞损耗的研究在磁性材料的应用和开发中具有重要意义。
磁性材料中的磁畴结构与磁各向异性研究
磁性材料中的磁畴结构与磁各向异性研究磁性材料是一类具有重要应用价值的材料，在电子、通信、医疗等领域都有广泛的应用。
而磁性材料中的磁畴结构与磁各向异性则是决定其性能与应用的重要因素。
本文将围绕磁畴结构与磁各向异性进行探讨，并介绍当前研究的进展。
首先，了解磁畴结构是理解磁性材料中磁性行为的基础。
在磁性材料中，存在着许多微小的区域，称为磁畴。
每个磁畴具有相同的磁矩方向，而不同磁畴之间的磁矩方向可以各不相同。
通过研究磁畴的结构和演变过程，我们能够了解材料的磁性转变机制。
传统的磁畴模型主要有Weiss磁畴模型、Néel磁畴模型和Bloch磁畴模型。
这些模型描述了不同材料中的磁畴形态，从而帮助人们理解磁性材料的磁性行为。
在磁畴结构的研究中，一直存在一个重要问题，即磁畴的尺寸。
由于磁畴一般非常小，直接观测磁畴非常困难。
因此，研究者们利用各种分析方法来间接探测磁畴的结构和演变规律。
例如，通过X射线和中子衍射技术，可以了解材料中的磁畴形态和尺寸分布。
此外，高分辨率的透射电子显微镜（TEM）也常用于磁畴结构的研究中。
这些技术的发展为我们深入了解磁畴结构提供了有效手段。
磁各向异性是磁性材料中另一个重要的性质。
它是指材料在不同方向上对磁场的响应差异。
磁各向异性的存在使得磁性材料具有特定的磁畴结构，并表现出不同的磁性行为。
磁各向异性通常由晶体结构和磁畴结构之间的相互作用决定。
目前，磁各向异性的研究主要集中在两个方面：一是探索磁各向异性的机制，二是开发能够实现调控磁性材料磁各向异性的方法。
在磁各向异性的机制研究方面，研究者们提出了许多理论模型。
最为常见的是磁晶各向异性模型，该模型认为晶格中存在一些偏压场，使得材料在特定方向上具有更高的磁化强度。
此外，还有自旋轨道各向异性模型，它考虑了自旋和轨道运动之间的相互作用。
这些理论模型帮助我们理解磁各向异性的来源和本质。
为了实现对磁各向异性的调控，研究者们开发了许多方法。
一个常用的方法是控制材料的微观结构和组成。
磁化特性实验报告
一、实验目的1. 理解磁化过程和磁化特性的基本概念；2. 掌握磁化曲线的测量方法；3. 研究磁化过程中磁感应强度与磁场强度之间的关系；4. 分析磁化特性对磁性材料性能的影响。
二、实验原理磁化是指在外磁场作用下，磁性材料内部磁畴的取向趋于一致，从而使材料产生磁性的过程。
磁化特性是指磁性材料在磁化过程中表现出的磁感应强度B与磁场强度H之间的关系。
本实验采用动态法测量磁化曲线，通过研究磁感应强度B与磁场强度H之间的关系，分析磁化特性对磁性材料性能的影响。
三、实验仪器与材料1. 磁性材料样品：铁磁材料、顺磁材料、反铁磁材料等；2. 磁场发生器：直流电源、可调电阻、电流表、磁场计等；3. 电流表：测量电流强度；4. 磁场计：测量磁场强度；5. 信号发生器：产生不同频率的交流信号；6. 示波器：观察磁化曲线；7. 计算机及数据采集软件。
四、实验步骤1. 将磁性材料样品放置在磁场发生器中，连接好电路；2. 打开磁场发生器，调节电流大小，使磁场强度逐渐增大；3. 在不同磁场强度下，测量磁性材料样品的磁感应强度B；4. 将测量数据输入计算机，利用数据采集软件进行数据记录和分析；5. 绘制磁化曲线，分析磁化特性。
五、实验结果与分析1. 磁化曲线的绘制根据实验数据，绘制磁化曲线，如图1所示。
图中横坐标表示磁场强度H，纵坐标表示磁感应强度B。
图1 磁化曲线2. 磁化特性的分析（1）磁饱和现象：从磁化曲线可以看出，磁性材料在磁化过程中，磁感应强度B 随着磁场强度H的增加而增加，但当磁场强度达到一定值后，磁感应强度B几乎不再增大，即磁性材料达到磁饱和状态。
磁饱和现象是磁性材料的一个重要特性，它对磁性材料的磁性能有重要影响。
（2）矫顽力：矫顽力是指磁性材料在磁化过程中，磁感应强度B从最大值降至零所需的磁场强度Hc。
矫顽力是磁性材料的一个重要参数，它反映了磁性材料抵抗磁化退磁的能力。
从磁化曲线可以看出，不同磁性材料的矫顽力不同，说明磁性材料的磁性能存在差异。
《2024年核磁共振全直径岩心分析仪磁体研制技术与油田现场的应用》范文
《核磁共振全直径岩心分析仪磁体研制技术与油田现场的应用》篇一一、引言随着科技的不断进步，核磁共振技术在石油勘探与开发领域的应用越来越广泛。
其中，全直径岩心分析仪作为核磁共振技术的重要工具，其磁体研制技术的提升对于提高油田勘探效率和开发效益具有重要意义。
本文将重点探讨核磁共振全直径岩心分析仪磁体研制技术及其在油田现场的应用。
二、核磁共振全直径岩心分析仪磁体研制技术1. 磁体设计原理核磁共振全直径岩心分析仪的磁体设计是整个仪器的核心部分。
磁体设计需遵循高均匀性、高稳定性和高磁场强度等原则，以确保岩心样品在磁场中能够获得准确的核磁共振信号。
设计过程中，需考虑磁体的材料选择、结构布局和制造工艺等因素。
2. 磁体材料与制造工艺核磁共振全直径岩心分析仪的磁体材料主要采用超导材料，如铌钛合金（NbTi）或铌三锡（Nb3Sn）等。
这些材料具有高磁导率、高磁场强度和低温超导性能等特点，适合用于高精度的核磁共振分析。
制造工艺方面，需采用先进的超导技术、精密加工技术和真空技术等，以确保磁体的质量和性能。
3. 磁体性能优化为了提高磁体的性能，研究人员在研制过程中对磁体的均匀性、稳定性和温度性能等方面进行了优化。
例如，通过改进磁场屏蔽技术、优化磁场梯度分布和调整磁场扫描速度等手段，进一步提高岩心样品的核磁共振信号质量和准确性。
三、油田现场的应用1. 岩心样品分析在油田现场，核磁共振全直径岩心分析仪被广泛应用于岩心样品的分析。
通过将岩心样品放入分析仪中，利用其高精度的核磁共振技术，可以获取岩心的孔隙度、渗透率、饱和度等关键参数，为油田开发提供重要的地质资料。
2. 储层评价与开发策略制定利用核磁共振全直径岩心分析仪获取的岩心样品数据，可以对储层进行评价。
通过对储层的孔隙结构、流体分布和连通性等特征进行分析，可以制定出更加合理的开发策略，提高油田的开发效益。
3. 现场应用效果核磁共振全直径岩心分析仪在油田现场的应用取得了显著的效果。
交变力磁力显微镜:在三维空间同时观测静态和动态磁畴
交变力磁力显微镜：在三维空间同时观测静态和动态磁畴曹永泽; 赵越【期刊名称】《《物理学报》》【年(卷),期】2019(068)016【总页数】6页(P325-330)【关键词】磁力显微镜; 磁性材料; 动态磁力; 超顺磁探针【作者】曹永泽; 赵越【作者单位】大连海事大学理学院大连 116026; 日本秋田大学区域创新中心秋田 010-8502【正文语种】中文1 引言磁力显微镜(MFM)是一种测试磁性材料的磁畴结构重要的工具,它具有约10 nm的空间分辨率,而且不需要对样品进行特殊处理[1-9].利用探针悬臂梁的激光反射来描绘探针磁矩和样品静磁场之间的磁力,勾画出样品表面的磁畴结构.传统磁力显微镜一般使用两次扫描模式,第一次扫描是通过轻敲模式(tapping)利用范德瓦耳斯力来测试相貌,之后把探针抬举到一定高度(lift),去测试磁力,这种方式叫做tapping-lift mode[10,11].然而,这种一次抬举操作不足以去描绘三维空间的磁场分布.目前,传统磁力显微镜不可能获得准确的磁畴在不同的抬举高度对应于样品表面的同一个位置.因为传统磁力显微镜在每次测量时,样品的表面形貌会有不同程度的漂移[12,13].因此,需要改变扫描模式去获得准确的三维磁场分布.另外,传统磁力显微镜只能测试静态磁畴,在交流磁场作用下的磁畴变化测试还没有办法解决[14,15].为了改进上述问题,我们开发了交变力磁力显微镜(A-MFM)[16-19],使用 FeCo-GdOx或者 Co-GdOx超顺磁探针,同时观测了Sr铁氧体块体材料在交流磁场作用下的静态磁畴和动态磁畴,可以准确地辨别出在交流磁场作用下样品中不同晶粒的磁化状态变化情况.我们通过修改传统的tapping-lift模式为一次轻敲多次等距离抬举探针的扫描模式,准确地测试了样品的静态和动态磁场在三维空间的分布.证明了在交流磁场作用下样品的静态和动态磁场随探针和样品之间距离z的变化,满足Hz(z)=Hz(0)·exp(—kz).总体来说,AMFM可以测试三维空间的静态和动态磁场分布,研究材料的动态磁化过程,评价材料的磁均匀性(微观结构均匀性),扩展了磁力显微镜的测试功能.2 实验图1(a)为交变力磁力显微镜的实验装置示意图.在日立L-trace II 扫描探针显微镜基础上,外加磁场感应线圈和搭建测试信号的线路,如图1(a).感应线圈可以产生一定频率的交流磁场,可以周期地调制探针的磁矩.周期变化的探针的磁矩在磁场中产生一个动态磁力能引起探针的有效弹劲系数周期地改变.探针的振动频率被调制,可以表示为这里,m是探针的质量,γ是探针振动的阻尼系数,k0是探针的固有弹劲系数;Δk0cos(ωmt)+Δk1cos(2ωmt)=Δkeff(t)是有效弹劲系数的周期变化,Δk0和Δk1是ωm和2ωm信号的振幅; z是探针在垂直方向的位移; F0cos(ω0t)是压电驱动器施加给探针的驱动力.探针的有效弹劲系数周期变化可以表示为这里,分别是样品在z方向的静态磁场(DC)和动态磁场(AC).是外加感应线圈产生的交流磁场,如图1(a)所示.Δk0,Δk1 << k0((1)式),解(1)式可以得到:图1 (a)静态和动态磁场测试的交变力磁力显微镜实验装置示意图;(b)探针扫描模式示意图,首先轻敲获得一点的表面形貌,之后探针多次抬举相同的高度测试磁力; 探针下落进行这一点样品表面的轻敲,按照设置的步长移动到下一个点位置轻敲,之后多次抬举测磁力,这样循环测试; 这里,设定抬举的次数为32,每一次抬举的时间设置为60 ms,每一次抬举位置的停留时间为 20 ms,在抬举过程中探针的振动电压为轻敲时电压的20%Fig.1.(a)Schematic diagram of A-MFM with super paramagnetic tips for DC and AC magnetic fields measurement of magnetic materials.(b)Schematic diagram of sequential probe control.First measuring the topography(tapping),after tapping,tip was lifted by the same height between the adjacent lift points.The probe drops to tap the topography of the sample at this point,and moves to the next point according to the set step,and then lifts the probe several times,so that the cyclic test was carried out.The lift points number can be set,and the wait time of lift points can be set.In this experiment,the lift points were set as 32,the every lift procession was set as 60 ms,and the wait time was set as 20 ing 20% of the tapping oscillation voltage of the supe rparamagnetic tips as a lift oscillation voltage.从(3)式看出,只要测得ωm和2ωm信号就可以表示静态磁场(Δk0与相关)和动态磁场相关).因此,实现同时探测样品的静态磁场(ωm信号)和动态磁场(2ωm信号)变得可能.利用锁相环(easyPLL,Nanosurf®)对调制的信号进行解频,之后输入锁相放大器(LI5640 NF Corporation),锁相放大器的参考信号来自于信号发生器(图1(a)).锁相放大器的输出信号为ωm信号和2ωm信号的同相X图像,异相Y图像,振幅R 图像和相位θ图像.探针的扫描模式如图1(b)所示.首先轻敲获得一点的表面形貌,之后探针多次抬举相同的高度测试磁力.随后探针下落进行这一点样品表面的再次轻敲,按照设置的步长移动到下一个点位置轻敲,之后多次抬举测磁力,这样循环测试.本实验设定抬举的次数为32,每一次抬举的时间设置为60 ms,每一次抬举位置的停留时间为 20 ms.这里,必须保证每一次抬举位置的停留时间(20 ms)至少要大于线圈交流磁场的一个周期(11 ms).在抬举过程中探针的振动电压为轻敲时电压的20%.最后,我们成功地观测了硬磁Sr铁氧体样品的三维空间的静态和动态磁场分布.3 结果与讨论利用Co靶和Gd2O3靶在Ar气1 Pa气氛下磁控共溅射制备了100 nm厚的Co-GdOx超顺磁薄膜.图2(a)表示100 nm厚Co-GdOx薄膜在室温是超顺磁性,图2(a)的插图是小量程500 Oe的磁滞回线,进一步验证了Co-GdOx是超顺磁性,矫顽力为0 Oe,初始磁化率是1.18×10—5 H/m.原子力显微镜的实验结果图2(b)表明Co-GdOx薄膜的平均颗粒尺寸为20.4 nm,表面粗糙度是0.83 nm.超顺磁Co-GdOx探针和薄膜一起制备,超顺磁探针是Co-GdOx薄膜覆盖在商业Si探针(SI-DF40,Seiko Instruments Inc.)上面.样品台在溅射过程中保持旋转,保证探针镀层的均匀性.制备的Co-GdOx探针在大气中的共振频率约为300 kHz,品质因数约为50.更多关于超顺磁薄膜的微观结构和磁性能信息可参考文献[20].本研究中,样品是c面抛光的硬磁Sr铁氧体块材,铁氧体样品尺寸为1 mm×1 mm×1 mm,晶粒尺寸约1 µm,矫顽力为 2.9 kOe,矩形比为 0.97.在测试之前,铁氧体样品进行了DC退磁,剩余磁矩为零.铁氧体样品的更多磁性能信息可参考文献[16]的支持材料.图3(a)(1—12)是使用交变力磁力显微镜结合Co-GdOx超顺磁探针获得的Sr铁氧体在不同探针和样品之间距离(T-S)的静态磁场同相X图像(ωm信号),T-S从574 nm到8794 nm.这里,X图像不仅可以表示垂直方向静态磁场的强度,也可以表示静态磁场的方向(垂直向上或者向下).在图3(b)中,线扫描结果可以清楚表示出静态磁场的零点位置,也就是静态磁场方向转变的位置,如果正的信号表示静态磁场垂直向上,那么负的信号就表示垂直向下方向.这个线扫描结果表明随T-S增加磁场强度快速降低.当T-S大于3040 nm时,静态磁场已经变得很弱.在8794 nm,静态磁场几乎是零值.静态磁场的方向在一些地方随T-S增加会发生改变,这是因为近表面探针与样品之间的磁力主要来自于样品表面的磁荷,而当增加T-S,这个磁力除了受到样品表面磁荷的作用,也受到样品内部磁荷的作用.图4(a)为一个静态磁场的空间分布示意图.图3(c)(1—12)是一系列动态磁场的振幅R图像在T-S从574 nm到8794 nm.它们和静态磁场(图3(a))同时获得.图3(d)是线扫描结果,动态磁场的振幅随T-S 增加快速降低.最后,这个振幅趋于一个恒定数值.这个恒定数值来自于探针和线圈交流磁场之间的相互作用.当T-S小于1396 nm时,线扫描结果给出翻转晶粒两侧的交流磁场振幅是小于探针和线圈交流磁场之间的作用,这是因为翻转晶粒两侧产生的交流磁场方向是与线圈产生的交流磁场方向相反的(图4(b)).图4(b)为Sr铁氧体中矫顽力较小的晶粒在一个线圈交流磁场周期中磁矩翻转的示意图.图2 (a)100 nm厚Co-GdOx薄膜在室温下20 kOe量程的面内磁滞回线,插图为500 Oe量程的磁滞回线;(b)利用原子力显微镜使用Si探针测试100 nm厚Co-GdOx薄膜的表面形貌结果Fig.2.(a)In plane hysteresis loops of Co-GdOx films with 100 nm thickness at 300 K at the range 20 kOe,and the inset figure is the range of 500 Oe,(b)AFM topography image of Co-GdOx films with 100 nm thickness using Si probe.图3 一系列不同探针和样品距离(T-S)的Sr铁氧体的静态磁场的同相X图像(ωm 信号)(a)和动态磁场振幅R图像(2ωm信号)(c);(b)和(d)是图(a)和(c)在相同位置的线扫描,这里T-S距离从574 nm到8794 nmFig.3.A set of A-MFM in phase X images of ωm signal(a)and the A-MFM amplit ude R images of 2ωm signal(c)of Sr ferrite sample at different distances between tip and sample(T-S)from 574 nm to 8794 nm;(b)and(d)are the line profilesof(a),(c)at the same positions,respectively.图5是图3(b)和图3(d)中位置1,2和3的X图像静态磁场和R图像动态磁场的强度值随探针与样品之间的距离T-S的变化曲线.位置1和2的静态磁场方向是相反的,静态磁场强度随TS的变化可以拟合为y=17.95 exp(—2.78x).位置3的交流磁场随T-S的变化可以拟合为y=15.05 exp(—1.79x)+ 1.45.这里,常数 1.45 是 Co-GdOx超顺磁探针和线圈交流磁场之间的相互作用.从实验上证明了静态和动态磁场随T-S以指数衰减,这与理论计算的结果相一致[21].4 结论交变力磁力显微镜(A-MFM)使用Co-GdOx超顺磁探针可以实现在交流磁场(频率ωm)作用下探测铁氧体磁石的静态和动态磁场.利用锁相环与锁相放大器结合可以探测ωm和2ωm信号,准确地表示出铁氧体磁石的矫顽力大和矫顽力小的区域.通过修改传统的轻敲-抬举扫描模式为一次轻敲多次抬举的扫描模式,A-MFM实现了三维空间的磁场探测.本文证明了在交流磁场作用下样品的静态和动态磁场随探针和样品之间距离z的变化,满足Hz(z)=Hz(0)·exp(—kz).A-MFM 结合超顺磁探针可以研究材料的动态磁化过程,也可以评价材料的磁均匀性(微观结构均匀性).图4 (a)Sr铁氧体的三维静态磁场分布示意图;(b)在线圈交流磁场作用下,Sr铁氧体矫顽力较小的晶粒的磁矩翻转示意图,翻转的频率与线圈交流磁场频率相同,这里线圈交流磁场频率是89 Hz,振幅是800 Oe0-p(零点到峰值的强度)Fig.4.(a)Schematic of 3-D static(DC)magnetic field distribution of Sr ferrite sample;(b)the changed magnetized statement of the grain(a smallcoercivity)of Sr ferrite sample under an external AC magneticfield(frequency is 89 Hz,amplitude is 800 Oe(zero to peak intensity)).图5 图3(b)和图3(d)中位置1,2和3的X图像静态磁场和R图像动态磁场的强度值随探针与样品之间的距离T-S变化曲线Fig.5.The plot of intensity values of A-MFM in phase X images of static(DC)magnetic field with ωm signal and AMFM amplitude R images of dynamic(AC)magnetic field with 2ωm signal versus distance between super paramagnetic tip and Sr ferrite sample on the position 1,position 2 and position 3 in Fig.3(b),(d).参考文献【相关文献】[1]Li Z H,Li X 2014 Acta Phys.Sin. 63 178503 （in Chinese） [李正华,李翔 2014 物理学报 63 178503][2]Shinjo T,OKuno T,Hassdorf R,Shigeto K,Ono T 2000 Science 289 930[3]Schwarz A,Bode M,Wiesendanger R 2007 Scanning Probe Techniques: MFM and SP-MFM(New York: Wiley)[4]Schwarz A,Wiesendanger R 2008 Nano Today 3 28[5]Koblischka M R,Hartmann U 2003 Ultramicroscopy 97 103[6]Liu L W,Dang H G,Sheng W,Wang Y,Cao J W,Bai J M,Wei F L 2013 Chin.Phys.B 22 047503[7]Xue H,Ma Z M,Shi Y B,Tang J,Xue C Y,Liu J,Li Y J 2013 Acta Phys.Sin. 62 180704 （in Chinese） [薛慧,马宗敏,石云波,唐军,薛晨阳,刘俊,李艳君 2013 物理学报 62 180704][8]Jaafar M,Gomez-Herrero J,Gil A,Ares P,Vazquez M,Asenjo A 2009 Ultramicroscopy 109 693[9]Fang Y K,Zhu M G,Guo Y Q,Li W,Han B S 2004 Chin.Phys.Lett. 21 1655[10]Martin Y,Wickramasinghe H K 1987 Appl.Phys.Lett. 50 1455[11]Hartmann U 1999 Annu.Rev.Mater.Sci. 29 53[12]Nenadovic M,Strbac 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磁畴观测方法
磁畴观测方法
磁畴观测方法是一种用于研究磁性材料中磁畴结构和磁畴动力学的技术手段。
在磁性材料中，由于磁矩的相互作用，会形成一些区域，这些区域被称为磁畴。
磁畴的大小和形状受到磁性材料的物理性质和外部条件的影响，因此磁畴观测方法可以帮助研究人员深入了解磁性材料的性能和应用。
目前磁畴观测方法主要包括磁光法、磁力显微镜法、磁力显微成像法和磁散射法等。
其中，磁光法是最早被广泛应用的一种方法，利用磁性材料的磁光效应研究磁畴结构和磁畴动力学。
磁力显微镜法则是利用磁性材料的磁力作用观察磁畴结构和磁畴动力学，这种方法具有高分辨率和高灵敏度的优点。
磁力显微成像法则是通过将磁性材料与扫描探针结合，可以实现磁畴的三维成像。
而磁散射法则是利用磁性材料中磁矩的相互作用散射出的中子和X射线来研究磁畴结构和磁畴动力学。
总之，磁畴观测方法在磁学领域中具有广泛的应用价值，可以为人们深入了解材料的磁性质提供有效的手段。
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磁性材料的制备与性能研究
磁性材料的制备与性能研究磁性材料在现代科学与技术领域具有广泛的应用，从电子设备到医疗器械，都离不开磁性材料的支持。
因此，对磁性材料的制备与性能进行研究具有重要的价值。
本文将介绍磁性材料的制备方法以及常见的性能研究方法。
一、磁性材料的制备方法1. 传统制备方法传统的制备方法包括溶胶-凝胶法、共沉淀法、球磨法等。
其中，溶胶-凝胶法是一种将溶胶转变为凝胶的化学方法。
通过适当的温度和时间控制，能够获得具有良好磁性的材料。
2. 非传统制备方法随着科技的进步，非传统的制备方法也逐渐应用于磁性材料的制备中。
例如，电化学沉积法利用电流在电极上沉积金属离子，制备出具有特殊磁性的材料。
激光熔凝法则通过高能激光的作用下将粉末熔化成为块体材料。
这些方法不仅能够制备出具有良好磁性的材料，还能够控制其形貌和结构。
二、磁性材料的性能研究方法1. 磁性测试方法磁性测试是研究磁性材料性能的基础。
目前常用的磁性测试方法包括霍尔效应测试、磁化率测试、磁滞回线测试等。
霍尔效应测试可以测量材料的导电性和磁场强度之间的关系。
磁化率测试用来研究材料的磁化程度。
磁滞回线测试则可以反映材料的磁化和退磁的过程。
2. 结构分析方法结构分析方法用来研究磁性材料的晶体结构和化学组成。
常用的结构分析方法有X射线衍射、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等。
X射线衍射可用来确定样品中的结晶相和晶体结构参数。
SEM和TEM则可以观察材料表面形貌和内部结构。
3. 动力学研究方法动力学研究方法用来研究磁性材料在外加场中的行为。
其中，磁共振是常见的一种研究方法。
磁共振可以通过对材料施加高频磁场，然后测量其回应信号来研究材料的磁性。
此外，还可以利用超导量子干涉仪等方法来研究材料的动力学性质。
总结：磁性材料的制备与性能研究是一个复杂而重要的领域。
通过传统和非传统的制备方法，可以制备出各种具有不同性能的磁性材料。
而通过磁性测试、结构分析和动力学研究等方法，能够全面了解材料的磁性行为和性能特征。
物理学家事迹
物理学家事迹郭贻诚,字式穀、式古,曾用名伯遗,全国知名的物理学家,物理教育家,我国磁学和磁性材料教学和研究工作的奠基人之一。
他在微磁化理论、磁性薄膜和非晶态磁性的工作中取得了重要成果,为我国的磁学研究作出了突出贡献。
他把毕业生的精力给了我国的教育事业,为我国培养了几代物理学人才。
郭贻诚出生在北京一个教师家庭,自幼受到良好的家庭教育,上中学时就学业出众。
1922年考入北京大学预科,1925年预科毕业,入本科物理系。
在这里,他受到当时我国许多著名教授的指导,打下坚实的物理基础。
1928年,他以优异的成绩获理学学士学位。
1929年,任北京中法大学居里学院助教。
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1931年,他受同学好友王普的邀请,到青岛xx大学任物理系讲师。
1936年,获得公费去美国留学,8月赴美国加利福尼亚理工学院攻读博士学位,1939年获自然哲学博士学位。
1939年9月,郭贻诚从美国回到上海,经人介绍到浙江大学龙泉分校任物理教授。
父亲的衰老,家计的艰辛,迫使他于1941年离开龙泉分校,回到北京。
他先后担任过燕京大学数学讲师、北京师范大学物理学教授,北京临时大学第七分校物理系教授兼系主任。
1946年,他又回到青岛xx大学任物理系教授。
此后就一直在xx大学从事教学和科研工作,先后任物理系主任、xx大学理学院院长,xx大学副教务长。
郭贻诚知识渊博,才华出众,是从事物理学教育的一位多面手。
他先后主讲过热力学、光学、电磁学、电动力学、量子力学,并亲自辅导普通物理实验。
有许多新课都是他首先主讲,然后再逐步交给他的助手或其他教师。
利用这种办法,他在xx大学带出了一批物理教师队伍。
郭贻诚在教学上,严格认真,一丝不苟。
有许多课他已教过多遍,但在每次上课前都重新进行认真的准备,并努力找出改进的地方。
他讲课层次分明,条理清晰;对一些疑难问题,他善于多层次、多角度地进行阐述。
因此,凡是听过他讲课的人,总是对问题理解得比较深刻。
在教学中,他重视实验教学,除在讲课中理论联系实际外,还亲自辅导普通物理实验。
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磁性材料磁畴动态观测仪的研制刘亚丕1，王子生1，韩宝善2，方以坤2（1. 中国计量学院理学院，浙江杭州 310018；2. 中国科学院物理研究所磁学国家重点实验室，北京 100080）摘要：磁性材料的宏观磁性能主要是由磁畴结构及其运动变化方式所决定，因此磁畴图像的观测是一个很重要的研究课题。
目前，磁畴观测的方法已有很多种，如粉纹图法、磁光效应法、电子全息法等。
基于磁光法拉第效应原理，我们设计了一台数字化的磁畴动态观测仪。
本文详细介绍了该仪器的测量原理、仪器组成、操作技巧及其应用等，具体给出了对石榴石型材料薄膜(YSmBi)3(FeGa)5O12磁化过程的观测结果，并且就如何进一步提高该仪器的性能进行了分析。
关键词：磁性材料；法拉第效应；磁畴观测；磁性能中图分类号：TG115.27+2；O482.55 文献标识码：B 文章编号：1001-3830(2006)05-0042-04Development of an Instrument for the DynamicObservation of Magnetic DomainLIU Ya-pi1, WANG Zi-sheng1, HAN Bao-shan2, FANG Yi-kun21. College of Sciences, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China;2. State Key Laboratory of Magnetism, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, ChinaAbstract: The magnetic properties of magnetic material are mainly determined by its domain structure and the way it changes, so the observation of magnetic domain is always a very important subject. Nowadays there are many methods to observe the magnetic domain structure, including powder-pattern method, magneto-optical effect method and electron holography method, etc. Based on Faraday effect, a digital instrument has been developed for the dynamic observation of magnetic domain. The principle, constitution, operating skills and applications of the instrument are introduced in details. In addition, the observation of the magnetization process of the (YSmBi)3(FeGa)5O12 garnet magnetic film is also given. Furthermore, the methods for the improvement of this device are also given.Key words:magnetic material; Faraday effect; observation of magnetic domain; magnetic property1 引言在强磁性（铁磁性、亚铁磁性）材料中，由于材料内交换能、磁晶各向异性能、退磁场能等各种能量的综合作用，使得材料在微观上被分成许多磁矩规则排列的小区域（约10－14m3），这些小区域就被称为磁畴[1,2]。
磁畴根据其结构的不同分为很多种，如片形畴、封闭畴、棋盘畴、波纹畴、磁泡畴以及多种衍生畴等。
在一般的磁性材料中，由于收稿日期：2006-05-14 修回日期：2006-06-02基金项目：国家质检总局项目（2004QK17）；浙江省分析测试基金项目（04089）、浙江省151人才项目作者通信：E-mail: yapiliu@ 各种能量（退磁能、应力能等）的综合作用，导致材料中可能同时存在多种磁畴。
磁畴结构及其在外部因素（如磁场、应力、温度等）作用下的运动变化方式，直接决定了磁性材料的宏观磁性能，如材料的矫顽力、磁导率、剩磁等。
如果我们能够完全清楚地知道磁畴结构及其在外部因素作用下的动态变化方式，就可以直接通过微磁学理论计算出磁性材料的各种宏观磁性能参数。
可惜的是到目前为止，还不能得到材料在各种情况下（如不同的温度、压力、磁场等）磁畴结构的清晰图像信息，或即使得到某种情况下磁畴结构的清晰图像信息，但由于很难得到磁畴结构在外部因素作用下的动态变化方式，从而无法从所得到的磁畴结构图像信息直接计算出材料的各种宏观磁性能参数。
因此自从预言了磁畴的存在之后，人们一直在尝试利用各种方法来观测磁畴结构及其在外部因素作用下的动态变化方式[3]。
到目前为止观测磁畴的方法已经有很多种，如粉纹图法、磁光效应法、电子显微术、X射线形貌学法、电子全息照相术以及磁力显微镜等。
其中粉纹图法对所用磁性粒子的尺寸有严格要求，且不能在较高温度下观测磁畴结构，观测精度也不高，更不能进行动态观测[1,2]；电子显微术、X射线形貌学法和电子全息照相术等虽然观测精度高，但操作非常复杂，价格昂贵，且需要专业人员操作 [3,4]；磁力显微镜不但操作复杂，而且只能对部分磁性材料（如磁记录材料等）进行精确地观测，在观测矫顽力非常大的材料（如钕铁硼）时，磁针的磁性有可能被改变，因此测试结果不可信[5]；磁光效应法对材料的磁畴结构几乎没有影响，不受材料性能的限制，可在不同温度下进行测量，也可以动态追踪磁畴结构在外磁场作用下的变化过程，因此在磁畴观测方面被广泛采用。
中科院物理所曾利用磁光效应法详细研究了磁泡畴并取得了很多成果[6,7]。
为此，我们与中科院物理所合作，研制了一台利用磁光法拉第效应原理来观测磁畴结构的动态磁畴观测仪，并可把观测图像数字化，通过计算机软件进行处理，可得到有用的磁畴结构信息。
本文将详细介绍其工作原理及测试方法。
2 工作原理及仪器组成磁光效应是指当一束线偏振光穿过磁性材料或在磁性材料表面反射时，透射光或反射光的偏振面相对于入射光的偏振面偏转一定角度的现象。
其中对于反射的情况，称为克尔效应；对于透射的情况，称为法拉第效应[3,8,9]。
在法拉第效应中，偏振面的旋转角度与材料磁畴的磁化强度在平行于光传播方向上的分量成正比，而偏振面的偏转方向与磁畴磁矩的取向有关。
若偏振面的偏转角为ϕ,光波在介质中穿过的路程为L，磁化强度在光传播方向上的分量为M，则有[2]：VMLϕ=（1）其中比例系数V称为费尔德常量（Verdet constant），它与温度、光的波长和材料本身等因素有关，ϕ的旋转方向取决于M的方向。
在磁场不太强时，偏振光在透过材料时其偏振面的偏转角ϕ一般比较小(因其V值较小)，因此如果在透射光传播方向上加一个检偏器（其透射偏振面与入射偏振光的偏振面垂直），则一般认为透射光经检偏器后的光强应为[10,11]：2200(sin)I I Iϕϕ=≈（2）其中I0是透射偏振光未经过检偏器时的光强。
一般来说，在强磁性材料中，不同磁畴的磁化强度虽然大小相同，但磁矩的取向不同，也就是在平行于光传播方向的分量M不同，因而由（1）式可知透射光的偏转角度不同，进而由（2）式可知经过检偏器后透射光的光强也不同。
也就是说，若利用目镜观测磁畴，则磁矩取向不同的磁畴，在视场中的明暗程度不同，由此就可得到材料磁畴结构的信息。
进一步地，从理论上讲可以利用磁光法拉第效应来观测材料的磁畴结构以及磁畴结构的动态变化方式。
但是研究表明，在实际操作中如果不采取任何措施，直接观测到的磁畴结构图像往往很不清晰，对比度也较差，因而得到的信息也非常有限，有时甚至看不到磁畴。
为了得到比较清晰的磁畴结构图像，就需要通过一些方法来提高图像的对比度，如旋转检偏器等。
假设材料相邻两个磁畴的磁化强度矢量大小相等且方向相反，则由（1）式可以看出透射偏振光有两个大小相同的旋转角度，但偏振面的旋转方向相反。
如果不旋转检偏器，由（2）式可以得出两个旋转方向的偏振光的光强相同，在视场中难以区分。
如果旋转检偏器屏蔽掉一个偏转方向的透射光（即使检偏器的偏振面与该偏转方向透射光的偏振面垂直），也就是这个偏转方向的透射光经过检偏器后的光强为零，从而另一个偏转方向的透射光经过检偏器后的光强为24Iϕ（磁场不太强时）。
因此所观测到的磁畴结构图像与未旋转检偏器时相比更加清晰，对比度大大提高。
而对于具有单轴各向异性的样品，假设易磁化轴垂直于薄膜表面，也就是其磁化强度与样品表面垂直，那么在退磁状态时相邻两个磁畴的磁化强度大小相同但方向相反。
当光线垂直样品表面入射时，由以上论述可知通过调整检偏器后，就可得到清晰的磁畴结构图像。
但如果材料内磁畴的磁矩与膜面平行，在透射光的传播方向上就没有磁化强度分量，则由（1）式可知ϕ角为零，即偏振面没有发生偏转，此时无论怎么旋转检偏器，透射光经过检偏器后的光强都没有任何变化，在视场中不会出现明暗相间的图像，也就无法得到磁畴结构的信息。
为此，可使样品的表面与入射光成一定角度（一般选择45°角），然后就可观测到样品的磁畴结构及磁畴结构的动态变化方式[3,12]。
对于磁性材料，一般各个磁畴内磁矩的方向与样品表面的夹角是任意的，不会只限于垂直或平行两种情况。
因此在观测样品时，就可分别在不同的入射角度进行观测，通过对观测结果进行对比，就能得到完整的磁畴结构图像信息。
根据上述原理，我们与中科院物理所合作，设计了一台动态磁畴观测仪，其结构如图1所示。
仪器主要由光源、起偏器、载物台（放置样品）、磁场装置（或变温装置）、物镜、检偏器、目镜等七个部分组成。
光源发出的光首先经过起偏器变成偏振光后，垂直或倾斜入射到样品（透光）表面上，再经过物镜、检偏器，最后就可以在目镜中看到明暗不同的图像，也就是磁畴结构的图像信息。
通过调整检偏器，就可获得更加清晰的磁畴结构图像。
若将目镜换成相机，就可以拍摄磁畴结构的图像；将目镜换成电子目镜，再通过一定的装置与电脑连接起来，借助特殊软件，即可动态追踪样品的磁畴结构及其在外磁场作用下的运动变化方式，并且可以把磁畴结构的动态变化方式以数字信息方式记录下来，以进行实时处理或随后进行处理，来获得相关的测试参数。