7、铁磁共振
铁磁共振
1.00
53.8
175.2
g
Br B
0.3 9.274 1024
2.15 1.05
53.5
184.0
1.10
53.2
194.0
1.15
52.8
201.0
1.20
52.3
210.0
1.25
52.0
217.5
1.30
51.4
226.0
1.35
50.8
235.0
1.38
50.4
239.5
1.40
50.1
微安表回到约50μA的指示。
——2
2. 测I—B曲线： 旋开谐振腔上的样品盒旋钮，小心放入样品。将
波导有样品的部分放入永磁铁的中心部分。逐渐加大 励磁电流，记取励磁电流值 I励(A) ，同时读微安表的读 数 I检(A) ，根据转换表将励磁电流值 I励 转换为磁感应 强度值B，作 I检 - B 曲线。据曲线求半高宽 B ，谐振
53.2
0.10
53.4
0.15
53.9
0.20
54.0
B(mT) 3.1 11.8 20.2 29.0 37.5
0.25
54.1
46.0
0.30
54.1
55.5
0.35
54.2
64.0
0.40
54.3
72.8
通过右图的表格作图可
0.45
54.5
81.9
0.50
54.6
90.9
0.55
54.7
98.8
频率 0时,
v M
吸收其能量用以维持进动,此时即发生
铁磁共振。
——量子解释
什么是磁共振相关介绍（2）
什么是磁共振相关介绍(2)下面分别介绍几种主要的磁共振。
铁磁共振铁磁体中原子磁矩间的交换作用使这些原子磁矩在每个磁畴中自发地平行排列。
一般，在铁磁共振情况下，外加恒定磁场已使铁磁体饱和磁化，即参与铁磁共振进动运动的是彼此平行的原子磁矩(饱和磁化强度Ms)。
铁磁共振的这一特点引起的主要效应是：铁磁体的退磁场成为影响共振的一项重要因素，因此必须考虑共振样品形状的影响;铁磁体内交换作用场与磁矩平行，磁转矩为零，故对共振无影响;铁磁体内磁晶各向异性对共振有影响，可看作在磁矩附近的易磁化方向存在磁晶各向异性有效场。
在特殊情况下，例如当高频磁场不均匀时，会激发铁磁耦合磁矩系统的多种进动模式，即各原子磁矩的进动幅度和相位不相同的非一致进动模式，称为非一致(铁磁)共振。
当非一致进动的相邻原子磁矩间的交换作用可忽略，样品线度又小到使传播效应可忽略时，这样的非一致共振称为静磁型共振。
当非一致进动的相邻原子磁矩间的交换作用不能忽略(如金属薄膜中)时，这样的非一致共振称为自旋波共振;当高频磁场强度超过阈值，使共振曲线和参数与高频磁场强度有关时，称为非线性铁磁共振。
铁磁共振是研究铁磁体中动态过程和测量磁性参量的重要方法，也是微波磁器件(如铁氧体的隔离器、环行器和相移器)的物理基础。
亚铁磁共振亚铁磁体是包含有两个或更多个不等效的磁亚点阵的磁有序材料，亚铁磁共振是亚铁磁体在居里点以下的磁共振。
在宏观磁性上，通常亚铁磁体与铁磁体有许多相似的地方，亚铁磁共振与铁磁共振也有许多相似的地方。
因此，习惯上常把一般亚铁磁共振也称为铁磁共振。
但在微观结构上，含有多个磁亚点阵的亚铁磁体与只有一个磁点阵的铁磁体有显著的差别。
这差别会反映到亚铁磁共振的一些特点上。
这些特点是由多个交换作用强耦合的磁亚点阵中磁矩的复杂进动运动产生的，主要表现在：有两种类型的磁共振，即共振不受交换作用影响的铁磁型共振和共振主要由交换作用决定的交换型共振，在两个磁亚点阵的磁矩互相抵消或动量矩相互抵消的抵消点附近，共振参量(如g 因子共振线宽等)出现反常的变化，在磁矩和动量矩两抵消点之间，法拉第旋转反向。
铁磁共振
242.5
I(A)
I(μA) B(mT)
1.42
49.9
243.9
1.45
49.4
251.0
1.48
49.2
257.0
1.50
49.0
261.0
1.53
48.1
269.4
1.55
47.2
275.0
1.57
46.6
277.4
1.58
45.8
278.6
1.59
45.2
279.8
1.60
44.8
281.0
53.2
0.10
53.4
0.15
53.9
0.20
54.0
B(mT) 3.1 11.8 20.2 29.0 37.5
0.25
54.1
46.0
0.30
54.1
55.5
0.35
54.2
64.0
0.40
54.3
72.8
通过右图的表格作图可
0.45
54.5
81.9
0.50
54.6
90.9
0.55
54.7
98.8
曲线分别求B及g因子。最后求出B及g因子平均值。
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 其中： 为交变电磁场的频率。
（2）
当该能量等于粒子分裂后两能级间的能量差时，即：
h B
（3） （4）
低能级上的粒子就2要吸收B 交变电磁场的能量产生跃
迁，即所谓的磁共振。
——各物理量关系
旋磁比、玻尔磁子、光谱分裂因子之间有如下的关系：
铁磁共振频率
铁磁共振频率铁磁共振频率是指磁场作用下，具有磁性质的物质中磁矩在外磁场作用下进行共振，从而产生信号的频率。
在医学领域中，铁磁共振频率常常用于MRI磁共振成像，可以用来检测疾病，如肿瘤、脑部病变等。
下面将从铁磁共振原理、应用和发展前景等方面进行探讨。
铁磁共振原理铁磁共振是指在磁场作用下，物质内部的电子自旋与磁场相互作用，从而产生共振现象的过程。
具体来说，当物质处于外磁场中，其内部磁矩会受到磁场的力作用，随着外磁场的大小和方向不断变化，磁矩会出现共振现象，产生射频信号。
应用铁磁共振技术在医学领域中有着广泛的应用。
目前，MRI已经成为常用的影像学诊断手段之一。
通过铁磁共振技术，医生可以清晰地观察人体内部的各种组织，获得有关部位的详细信息。
例如，MRI可用于检测肿瘤、脑部疾病、骨折等病症。
这种技术与传统的X光成像相比，不但可以提供更加准确、详细的图像，而且不会对人体造成辐射危害。
同时，铁磁共振技术在材料科学、化学、生命科学等领域也有着重要的应用。
例如，通过NMR技术可以对分子结构和化学成分进行分析，对药物研发、材料研究等方面有着重要的作用。
未来发展随着科学技术的不断进步，铁磁共振技术也在不断发展。
目前，研究人员正致力于提高磁共振成像的空间分辨率和时间分辨率，以及探索更多的应用领域。
此外，人们也在开发新的磁共振成像技术，如功能性磁共振成像(fMRI)，可用于研究人类大脑的神经学和认知功能。
总之，铁磁共振技术在现代医学和科学研究中扮演着重要的角色，其应用领域不断扩展，发展前景十分广阔。
我们相信，在未来的发展中，铁磁共振技术将会为人类健康和科学研究做出更加重要的贡献。
磁学中的铁磁共振现象与应用
磁学中的铁磁共振现象与应用磁学是物理学中的一个分支，研究磁场的产生、性质和应用。
在磁学中，铁磁共振是一个重要的现象，它在磁学研究和应用中具有广泛的意义。
铁磁共振是指当一个铁磁体受到外加磁场的作用时，它的磁化强度会发生共振的现象。
这是由于铁磁体中的磁矩在外加磁场的作用下发生预cession运动，类似于陀螺的旋转。
当外加磁场的频率等于铁磁体的共振频率时，磁矩的共振效应达到最大值。
铁磁共振现象的发现和研究对于深入理解磁性物质的性质和磁场的作用机制具有重要意义。
通过研究铁磁共振现象，科学家们可以了解铁磁体的磁化过程和磁矩的行为规律，进一步揭示了磁性物质的微观结构和磁性行为。
除了在磁学研究中的应用，铁磁共振还有许多实际应用。
其中一个重要的应用是核磁共振成像（MRI）。
MRI是一种非侵入性的医学影像技术，可以用来观察人体内部的结构和功能。
它利用铁磁共振现象来探测人体组织中的核磁共振信号，通过对这些信号的处理和分析，可以生成详细的图像。
MRI技术在医学诊断中起到了重要的作用。
它可以用来检测和诊断各种疾病，如肿瘤、心脏病、脑部疾病等。
与传统的X射线和CT扫描相比，MRI具有更高的分辨率和更好的对比度，可以提供更准确的诊断结果。
此外，MRI还可以用来观察人体内部器官和组织的功能活动，如心脏的收缩和舒张、脑部的血流等，对疾病的治疗和康复也有重要的指导意义。
除了医学应用，铁磁共振还在其他领域得到了广泛的应用。
例如，在材料科学中，铁磁共振可以用来研究材料的磁性和电子结构，对于开发新型材料和改进材料性能具有重要意义。
在电子技术中，铁磁共振可以用来制造磁存储器件，如硬盘驱动器和磁带。
此外，铁磁共振还可以用来研究自旋电子学和量子信息等前沿领域的问题。
总之，铁磁共振是磁学中一个重要的现象，它在磁学研究和应用中具有广泛的意义。
通过研究铁磁共振现象，科学家们可以深入理解磁性物质的性质和磁场的作用机制。
同时，铁磁共振还有许多实际应用，如核磁共振成像在医学诊断中的应用。
铁磁共振
铁磁共振摘要观察铁磁材料的共振现象；测量微波铁氧体的铁磁共振线宽ΔH；测量微波铁氧体的朗德因子g值。
关键词铁磁共振g因子引言铁磁共振是指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。
铁磁共振（FMR）在磁学及固体物理学研究中占有重要地位。
它能测量微波铁氧体的许多重要参数，如共振线宽、张量磁化率、有效线宽、饱和磁化强度、居里点、亚铁磁体的抵消点等。
它和顺磁共振、核磁共振一样，是研究物质结构的重要实验手段。
一、工作原理本实验系统采用扫场法进行微波铁磁材料的共振实验。
即保持微波频率不变，连续改变外磁场，当外磁场与微波频率之间符合一定关系时，可发生射频磁场的能量被吸收的铁磁共振现象。
该实验系统是在三厘米微波频段做铁磁共振实验。
信号源输出的微波信号经隔离器﹑衰减器﹑波长表等元件进入谐振腔。
谐振腔由两端带耦合片的一段矩形直波导构成。
当被测铁氧体样品放入谐振腔内微波磁场最大处时，将会引起谐振腔的谐振频率和品质因数变化。
当改变外磁场进入铁磁共振区域时，由于样品的铁磁共振损耗，使输出功率降低，从而可测出谐振腔输出功率P与外加恒磁场H的关系曲线。
图中，P0为远离铁磁共振区时谐振腔的输出功率。
Pr为出现铁磁共振时谐振腔的输出功率，此时对应的外磁场为Hr,称为共振磁场。
而相应的张量导磁率‖μ‖对角元虚部μ''达最大值为rμ''，根据铁氧体理论，半共振点是指张量导磁率对角元虚部的2/rμμ''=''，其此处的谐振腔输出功率P1/2与P0，Pr 有如下关系： 与P1/2对应的外加磁场之差（H2-H1）即为铁磁共振线宽ΔH 。
因此可以根据实验作出的图二曲线和上述P1/2的公式求出共振线宽ΔH 。
另外，由铁磁共振条件ωr=γHr 和γ=ge/2mc ，根据外加磁场Hr 和微波频率，可求得g 因子。
应该注意的是，在进行铁磁共振线宽测量时，必须注意样品的μ'会使谐振腔的谐振频率发生偏移（频散效应）。
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
铁磁共振
用传输式谐振腔观测铁磁共振铁磁共振在磁学和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，而微波铁氧体在现代雷达和微波通信方面都有重要应用。
铁磁共振和核磁共振、电子自旋共振一样，成为研究物质宏观性能和微观结构的有效手段。
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。
经过若干年在超高频技术发展起来后，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。
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。
实验原理1．微波谐振腔在微波技术中谐振腔是一个非常重要的部分。
所谓微波谐振腔就是一个封闭的金属导体空腔，一般为矩形或圆柱形。
腔壁反射电磁波辐射，使电磁波局限在空腔内部。
谐振腔的入射端开一小孔，使电磁波进入谐振腔。
电磁波在腔内连续反射。
若波形和频率与谐振腔匹配，可形成驻波，也即发生谐振现象。
如谐振腔无损耗，则腔内振荡便可持续下去。
（1）矩形波导管矩形截面的空心导体管构成矩形波导，它是传播微波最常用的传输线。
矩形谐振腔实际上是一段封闭的矩形波导，即在波导入射端和出射端加装了反射电磁波的金属片。
理论分析表明：在波导管中不存在电场纵向分量和磁场纵向分量同时为零的电磁波。
在波导管中传播的电磁波可以分为两大类：（1）横电波又称为磁波。
简写为TE波或H波；磁场可以有纵向和横向分量，但电场只有横向分量。
矩形波导管传播的基本波形是TE10波。
（2）横磁波又称为电波，简写为TM波或E波；电场可以有纵向和横向分量，但磁场只有横向分量。
至于电场和磁场的纵向分量都不为零的电磁波，则可以看成横电波和横磁波迭加而成。
在实际应用中，总是把波导管设计成只能传播单一波形。
我们使用的矩形波导管只能传播TE10波。
（2）TE 10波在波导管截面为a ×b (a>b)的矩形波导管的一端输入角频率为ω的电磁波，使它沿着z 轴传播。
铁磁共振
铁磁共振一、教学目标1. 让学生了解铁磁共振的基本原理，观察单晶铁氧体的铁磁共振信号；2. 测量微波多晶铁氧体的铁磁共振线宽；3. 测量微波多晶铁氧体的g因子。
二、教学要求1. 了解铁磁共振（FMR）的基本原理和实验方法；2. 通过测定多晶铁氧体的磁共振谱线，求出共振线宽、g因子；三、教学内容1. 检查学生的实验预习报告；2. 学生进入实验室后先让其对照仪器，了解实验仪器的使用方法，确定实验调节步骤，分析预测实验过程中可能遇到的问题；3. 在此基础上，将实验原理、实现的技术手段、要求的相应硬件装置及主要操作要领作一提炼性讲解4. 现场提问，提问内容例如：①么叫磁共振？什么叫铁磁共振？什么叫电子顺磁共振？②铁磁共振与其他磁共振实验的区别是传输什么？相同点是什么？③实验中要求直接测量哪些物理量？怎样才能判断微波与谐振腔达到谐振？怎样测量微波频率？④什么是“扫场法”，什么是“扫频法”？各自优缺点是什么？⑤如何观测铁磁共振信号？⑥什么共振曲线有宽度？可从粒子能级有宽度解释。
⑦本实验是怎样测量磁损耗的？⑧何精确消除频散效应？实验中如何处理频散效应的？⑨铁磁共振实验仪器各个组成部件的作用是什么?5. 学生合作完成实验，记录实验数据；①正确调节铁磁共振实验仪；②观察单晶铁氧体的铁磁共振信号，观测多晶铁氧体的铁磁磁共振谱线，记录实验数据。
6. 检查学生实验数据、实验仪器的规整情况和签到情况；检查结束实验完毕。
四、重点与难点1.掌握铁磁共振的经典物理解释以及通过观测铁磁共振信号可以测量哪些物理量；2.铁磁共振实验仪器设计结构和工作原理；3.铁磁共振实验仪的调节。
五、教学手段与方法学生操作，教师指导。
六、思考题、讨论题与作业。
铁磁共振实验报告
铁磁共振实验报告铁磁共振实验报告引言：在物理学领域中，铁磁共振是一种重要的现象，它在核磁共振成像（MRI）技术中得到了广泛应用。
本实验旨在通过铁磁共振实验，探究其原理和应用。
实验目的：1. 理解铁磁共振的基本原理；2. 掌握铁磁共振实验的操作方法；3. 探究铁磁共振在医学成像中的应用。
实验仪器和材料：1. 铁磁共振实验装置；2. 核磁共振样品；3. 磁场调节器；4. 电源；5. 计算机及相关软件。
实验原理：铁磁共振是指在外加交变磁场作用下，铁磁性物质中的磁矩发生共振现象。
当外加磁场频率与物质的共振频率相等时，磁矩会发生共振，从而产生特定的信号。
实验步骤：1. 将核磁共振样品放置在实验装置中，并调整磁场强度和方向；2. 通过电源提供交变磁场，并逐渐增加频率直到共振发生；3. 通过计算机软件记录和分析共振信号。
实验结果与分析：在实验中，我们观察到了核磁共振样品发生共振的现象。
通过调整磁场强度和频率，我们成功地使样品的磁矩发生共振，并记录到了相应的信号。
根据实验结果，我们可以得出以下结论：1. 铁磁共振是一种基于共振现象的物理现象，它可以应用于核磁共振成像等领域；2. 通过调整磁场强度和频率，可以控制铁磁共振的发生；3. 铁磁共振实验可以通过计算机软件进行数据记录和分析。
实验应用：铁磁共振在医学成像中有着广泛的应用。
核磁共振成像技术利用了铁磁共振原理，通过对人体组织中的核磁共振信号进行采集和分析，可以获得高分辨率的图像，用于诊断和疾病监测。
结论：通过本次铁磁共振实验，我们深入了解了铁磁共振的基本原理和应用。
铁磁共振作为一种重要的物理现象，不仅在科学研究中有着广泛的应用，还在医学成像等领域发挥着重要作用。
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 Bh 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0Bh时，粒子不吸收微g Bμ，当它不等于粒子处微波能量υ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0Bh时，粒子吸收微波能g Bμ等于粒子处微波能量υ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．5．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．6．记录数据，计算g因子的值．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=0.1mT 22a b B μμ+=∆=4.5mT所以，B==344.0±4.5mT．+B∆B2.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．友情提示：本资料代表个人观点，如有帮助请下载，谢谢您的浏览！。
微波铁磁共振实验
1 m 两点对应的 2
H
μ ' ' ' ' 1/2μ m H1 Hr H2 Hz
02
实验及数据处理
Your life can be enhanced, and your happiness enriched, when you choose to change your perspective.
01
铁磁共振原理
写成张量形式：
m h ，张量磁化率 j 0
j
0
0 0 0
令磁感应强度 B 的交变分量为 b ，则由 B 0 ( H M ) ，有：
b 0 (h m) 0 (1 ) h h
1.7
1.6
1.5
I(m A)
1.4
1.3
1.2
1.1
1 3580
3600
3620
3640
3660
3680
3700
3720
H(Oe)
H0 3654Oe
旋磁比
2 f0 2 9.40 109 2.302 105 H0 79.6 3654.0
g因子
2mr 2 9.109 1031 2.032 105 g 1.84 7 19 0e 4 10 1.6022 10
2 4 2 2 2 2 2 2 1 [M H z (1 2 2 )( H 0 ) 2 ] D 0 M
4 ( 2 H 02 2 ) D
2 2 0 2 2 2
2 D ( H ) 4 2 0
当 0 H z 时，D 取最小值。相应地 出现最大值，这就 是共振吸收现象。
7-5铁磁共振
铁磁共振徐雪霞微波铁磁共振（FMR ）是指铁磁介质处在频率为f 的微波电磁场中，当改变外加恒磁场H 的大小时，发生的共振吸收现象。
铁磁共振观察的对象是铁磁介质中的未偶电子，可以说它是铁磁介质中的电子自旋共振。
铁磁共振不仅是磁性材料在微波技术应用上的物理基础，也是研究其它宏观性能与微观结构的有效手段。
一、 实验目的1、了解铁磁共振（FMR ）的基本原理和实验方法。
2、通过测定多晶铁氧体YIG 小球的磁共振谱线，求出共振线宽、朗德因子和弛豫时间.3、 观察单晶铁氧体YIG 小球的磁共振谱线（选做）.二 、实验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非成对电子自旋磁矩。
一块宏观的铁磁体包括许多磁畴，在每一个磁畴中，自旋磁矩平行排列产生自发磁化，但各个磁畴之间的取向并不完全一致，只有在外加饱和磁场的作用下，铁磁体内部的所有自旋磁矩才趋向同一方向，并围绕着外磁场方向作进动，这时的总磁矩或磁化强度可用M 表示。
其进动方程和进动频率可分别写为：⎪⎭⎪⎬⎫=⨯-=H H M M γωγ)(dt d （1） 式中mc ge 2=γ为旋磁比，由于铁磁性反映了电子自旋磁矩的集体行为，取电子的朗德因子g =2。
上述情况未考虑阻尼作用。
在外加恒磁场作用下，磁矩M 绕H 进动不会很久，因为磁介质内部有损耗存在，实际上铁磁物质的自旋磁矩与周围环境之间必定存在着能量的交换，与晶格或邻近的磁矩存在着某种耦合，使磁化强度矢量M 的进动受到阻力，绕着外磁场进动的幅角θ会逐渐减小。
则M 最终趋近磁场方向，这个过程就是磁化过程，磁性介质所以能被磁化，就说明其内部有损耗，如果要维持其进动，必须另外提供能量。
因此一般来说外加磁场由两部分组成：一是外加恒磁场H , 二是交变磁场h （即微波磁场）。
显然，此时系统从微波磁场吸收的全部能量恰好补充铁磁样品通过某种机制所损耗的能量。
这正是铁磁共振可以用来研究铁磁材料的宏观性能和微观机制之间关系的物理基础。
铁磁共振
46.8
1.39
230.2
46.5
1.4
232
46.3
1.41
233.6
46.2
1.42
235.2
46.1
1.43
236.8
46
1.44
238.4
46
1.45
240
46
1.46
242
45.2
1.47
244
45
1.48
246
45
1.49
248
44.8
1.5
250
44.2
1.51
251.8
44
276
42.2
1.64
278
41.1
1.65
280
40.4
1.66
281
39.7
1.67
282
38.8
1.68
283
37.6
1.69
284
36.7
1.7
285
35.6
1.71
286.4
33.9
1.72
287.8
32
1.73
289.2
30.2
1.74
290.6
29.1
1.75
292
27.8
1.76
293.6
c.调节磁共振实验仪“磁场”旋钮改变励磁电流的大小。每改变一次，记下一组励磁电流和波导输出电流的值。查表将励磁电流值转换为对应的磁感应强度B。测一条曲线。测量过程中不要改变衰减量和波长表。
d.反过来调节励磁电流由高到低，步骤同上，测出另一条曲线。
e.在同一坐标纸上画出两条I—B曲线，有两条曲线分别求 和g因子。最后求出 及g因子的平均值。
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_
铁 磁 共 振实验原理：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=r B 处数值和符号都剧烈变化，称为色散。
μ’’、k’’在γω/0=r B 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B γω=，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 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γω/0=r B 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。
1.铁磁共振71-78
实验8 微波铁磁共振实验铁磁共振（FMR）具有磁共振的一般特性，铁磁共振观察的对象是铁磁物质中的未偶电子，因此可以说它是铁磁物质中的自旋共振。
但是铁磁物质中由于电子自旋之间存在着强耦合作用，使铁磁物质内存在着许多自发磁化的小区域——磁畴（每个磁畴约占的体积、约含个原子），每个磁畴都有一定的磁矩，由电子自旋磁矩自发取向一致产生。
在外磁场作用下，各磁畴趋向外磁场方向，表现出很强的磁性。
微波铁磁共振是指铁磁物质处在频率为的微波电磁场中，当改变外加恒磁场的大小时，发生共振吸收现象。
各种磁共振一般都处在广义的微波波段。
因此，微波磁共振是探测物质微观结构的有效手段，广泛用来研究物质的特性、结构和弛像过程。
谐振腔是常用的微波元件之一，在微波技术中一般用作谐振腔波长计、微波电子管的组成部分或测量腔等。
通过实验可以对谐振腔的结构、谐振条件、振荡模式和品质因数等有一定的了解。
【实验目的】1. 熟悉微波信号源的组成和使用方法，掌握有关谐振腔的工作特性的基本知识。
2. 了解用谐振腔法观测铁磁共振的测量原理和实验条件。
3. 通过观测铁磁共振和测定有关物理量，认识磁共振的一般特性。
4. 观测铁磁共振曲线，测量共振磁场和共振线宽，计算出材料的因子和弛豫时间。
【实验原理】一．传输式谐振腔一个封闭的金属导体空腔可以用来做微波谐振腔。
由一段标准矩形波导管，在其两端加上带有耦合孔的金属板，就构成一个传输式谐振腔。
1. 谐振条件：谐振腔发生谐振时，腔长必须是半个波导波长的整数倍，即其中，这里，f为谐振频率（可记为f0）。
上述三式在设计谐振腔时常要用到。
2．振荡模式：谐振腔中某种振荡状态（某种确定的电磁场分布）称为振荡模式。
3．品质因数：品质因数的一般定义是Q值的高低表示谐振腔效率的高低和频率选择性的好坏。
一个含有样品（例如微波铁氧体样品）的传输式谐振腔，在定义样品的磁品质因数和电品质因数后，可以写出有载品质因数Q L的表达式，这里和分别表示样品每秒的磁损耗和电损耗。
铁磁共振
2πµ B Br h … (2)
所代表的阻尼转矩是一个微观能量转化的过程，阻尼 的大小反应共振系统能量转化为热运动能量的快慢程 度，目前对TD的具体表示式还没有位移正确的写法
2.由于磁导率µ与磁化率χ之间有如下关系：
Χ取复数形式
µ = 1 + 4πχ
（见“磁共振技术基础知识”中“稳定解的讨论”的内容） 所以µ也为复数，称为复数磁导率
1.铁磁性物质的磁化强度矢量 M 在外磁场 B 中运动状态的经典力学运动方程为：
dM = −γ ( M × B) + TD dt …(1)
式中 B = B0 + B1 ，负号表示 M 绕 B0 作右旋进动; T D
为物质内部对 M 产生的阻尼转矩, γ为旋磁比. 对1式求解,可得到MR条件:
µ B 为玻尔磁子, ω 为微波磁场的圆频率，B 称为共振磁场。T 0 r D
µ = µ '+ j µ ''
… (3)
实部µ‘为铁磁性物质在恒定磁场B0中的磁导率，它决定磁性 材料中贮存的磁能（=µ’B02）；虚部µ‘’则反应脚边磁场能在 磁性材料中的损耗。
铁氧体在恒磁场B0和微波磁场B1同时作用下， 当微波频率固定不变时，µ’随H0的变化关系类似 图1a所示的色散曲线（又叫频散曲线），µ’’随 B0变化的关系曲线类似图1b，称为吸收曲线。 Μ’、µ’’随B0变化的实验曲线如图所示。与µ’’ max 相对应的磁场为共振磁场Br，样品谐振腔的频率 （或微波频率）称为共振频率利用2式可计算出 旋磁比γ（或g因子）。
3.共振线宽：定义为µ”降到µ”max的一半 1 （ 2 µ '' = µ '' ）时，相对应的两个磁场值之差
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3.调试时，注意随时调节可变衰减器，控制微波 传输功率， 使检测的功率不超过检流计的量 程。 4.将铁氧体样品小球插入样品谐振腔，微调微波 源的工作率，当它等于样品腔固有频率时，腔 的输出功率为最大。 5.待调试完毕后，接通励磁亨利元，缓慢地由小 到大或由大到小改变磁场，从检流计上的变化 观察反映铁磁共振吸收的Povt-B0曲线，然后， 由大至小逐点改变励磁电流（这样测量时，测 得的曲线重复性较良好），测量强输出功率的 变化，并记录之。
为物质内部对
M 产生的阻尼转矩,
γ为旋磁比.
对1式求解,可得到FMR条件:
B 为玻尔磁子, 为微波磁场的圆频率，B 称为共振磁场。T 0 r D
0 Br g
2 B Br (2) h
所代表的阻尼转矩是一个微观能量转化的过程，阻尼 的大小反应共振系统能量转化为热运动能量的快慢程 度，目前对TD的具体表示式还没有位移正确的写法
1.铁磁性物质的磁化强度矢量 M 在外磁场 B
中运动状态的经典力学运动方程为：
dM ( M B) TD dt 式中 B B0 B1 ，负号表示 M 绕 B 0 作右旋进动; T D
铁氧体在恒磁场B0和微波磁场B1同时作用下， 当微波频率固定不变时，μ’随H0的变化关系类似 图1a所示的色散曲线（又叫频散曲线），μ’’随 B0变化的关系曲线类似图1b，称为吸收曲线。 Μ’、μ’’随B0变化的实验曲线如图所示。与μ’’ max 相对应的磁场为共振磁场Br，样品谐振腔的频率 （或微波频率）称为共振频率利用2式可计算出 旋磁比γ（或g因子）。
4.通过式谐振腔法FMR实验原理如图2所示， 样品谐振腔为两端带有耦合孔的通过式矩形谐 振腔，改谐振腔的振荡模式TE108.在腔的窄壁 中心处开有小孔，装有YIG 小球的细玻璃管穿 过小孔放到微波磁场分量H最强处，腔置放到 电磁铁中时，其宽壁垂直于恒磁场B。
实验内容
一、仪器和装置 1.仪器：直流恒流源，电磁铁，标准电阻，数字 电压表，三厘米微波源，通过式谐振腔，单向 器，可变衰变器，晶体检波器，检流计，微波 频率计，定向耦合器，YIG样品。 2.装置：
思考题 1.简述FMR的基本原理。 2.为什么说Povt-B0曲线能反应铁磁共振吸收曲线。 3.测量时ΔB是要满足哪些实验条件才能应用
2 P0 Pr P2 1/ ( P0 Pr )2
式，为什么？ 4.铁氧体样品放于样品谐振腔的正中心位置时， 对腔长及微波频率有什么要求？
3.共振线宽：定义为μ”降到μ”max的一半 1 （ 2 '' '' ）时，相对应的两个磁场值之差
max 1/ 2
B B2 B1(4)
实验测得的共振线宽式一个很重要的物理量，它 的大小与阻尼有关，式铁氧体内部能量转换微观 机制的宏观表现，能为验证铁氧体的微观结构模 型提供有力证据。
FMR所侧的对象与ESR观测对象相同，亦是未偶 自旋电子，隶属电子自旋磁共振。不同的是，在铁磁 性物质中，存在着电子自旋之间的强耦合作用所形成 的许多喜剧取向一致的微小自发磁化区（约1015个原 子）—磁畴，在外磁场的作用需按，个磁畴趋向外磁 场方向，表现出很强的磁性，故所用样品很小。观测 的FMR现象，反映的更多的是铁磁性物质的宏观性能， FMR现象是样品磁畴的集体体现。
二、步骤 1检查微波传输线及各连接线，并熟悉各仪器及微波 元件的操作使用方法，必要时参阅说明书。 2.掀开微波源电源，进行预热，然后接通素条贯的 腔电源，调节反射极电压使微波源输出微波功率。 根据样品谐振腔的长度（l=18.20cm），利用 l=pg/2,令p=8，求出g，再利用
g / 1 (g / 2a) 2
6.利用之路上的频率计测量共振频率f0. 7.置换贴样样品，重复步骤4，5，6、 8.利用磁场测量仪器（高斯计好哦NMR磁强计） 测绘磁场（B0）-电流（I）校正曲线。仪器使 用方法见仪器说明书。
三、数据处理： 1.描绘B0与I之关系的校正曲线。 2.利用B0曲线一级Povt与I的对应关系，做Povt-B0 曲线，计算铁氧体的磁共振吸收线宽ΔB，并 确定FMR共振磁场Br。 3.根据共振频率和共振磁场测量值，计算g因子。
2.由于磁导率µ与磁化率χ之间有如下关系：
Χ取复数形式
1 4
（见“磁共振技术基础知识”中“稳定解的讨论”的内容） 所以μቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ为复数，称为复数磁导率
' j ''(3)
实部μ‘为铁磁性物质在恒定磁场B0中的磁导率，它决定磁性 材料中贮存的磁能（=μ’B02）；虚部μ‘’则反应脚边磁场能在 磁性材料中的损耗。
铁磁共振
实验目的 1.观察铁磁共振（FMR）现象。 2.了解谐振腔法观测FMR的基本原理和方 法。 3.测量铁氧体YIG小球的FMR线宽ΔB及旋 磁比γ。
实验原理
铁磁共振（Ferromagnetio Resonance—FMR） 与核磁共振、电子自选一样，也是喜爱年代研究物质 宏观性能和微观结构的有效工具。FMR还是微波铁氧 体物理学的基础；它在磁学、固体物理中占有重要的 地位。 物质的磁性来源于原子磁矩，原子磁矩组要有未 满壳层中电子轨道磁矩和电子自旋磁矩所决定。铁磁 性物质的磁性来源于未配对电子的自旋磁矩；至于电 子轨道磁矩由于受晶格的作用，其方向来变幻不定， 不能形成联合磁矩，对外不表现磁性这些已由实验测 得的朗德g因子接近于2的事实所证实。