物理实验报告_铁磁共振
铁磁 (2)
实验报告 5 -6 系04级姓名王奎学号PB04210486 日期：2006-5-3 实验题目：铁磁共振实验目的：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。
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ΔE = γhB0 （1）其中：γ为旋磁比，h为约化普朗可常数，B0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 B0（3）2πν = γ B0（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。
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 实验处理： 1．测谐振频率：打开微波电源，先预热半个小时，调节衰减器，使微安表有56μA 的指示。
然后旋转波长表的螺旋测微器，微安表电流指示逐渐减小，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。
实验刚开始时，测得结果见下：实验即将结束时，又测量一遍，微安表示数为55μA ，测量结果见下：由此可求出谐振频率为： 12111(899889998998.48998.689988998.28998.48998.28998.212128998.68998.48998.8)8998.4()i i f f MHz ===⨯+++++++++++=∑第一次测量之后，旋转波长表的螺旋测微器，使微安表示数为56μA 。
近代物理实验报告—铁磁共振
铁磁共振【摘要】本实验利用调速管产生微波，观察了谐振腔的谐振曲线，测得谐振腔的有效品质因数为1507，并进一步利用谐振腔研究了单晶和多晶样品的铁磁共振性质，得到了单晶样品和多晶样品的的共振线宽，旋磁比，朗德因子以及弛豫时间，并用逐点法测量了多晶样品的共振曲线。
【关键词】微波、铁磁共振、品质因数 一、引言早在1935年，著名苏联物理学家朗道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。
铁磁共振是指铁磁体材料在受到相互垂直的稳恒磁场和交变磁场的共同作用时发生的共振现象。
它可以用于测量体磁体材料的g 因子、共振线宽、弛豫时间等性质。
通过本实验熟悉微波传输中常用的元件及其作用，掌握传输式谐振腔的工作特性，了解谐振腔观察铁磁共振的基本原理和实验条件。
二、实验原理1、铁磁共振原理当铁磁体材料同时受到两个相互垂直的磁场，即恒定磁场0H 和微波交变磁场h ，在0H 的作用下，铁磁体的磁化强度将围绕0H 进动，进动频率为：00H γω=（1）其中γ为铁磁体材料的旋磁比，即：me g 20μγ=（2）其中g 为朗德因子，0μ为真空磁导率，e 、m 分别电子电量和电子质量。
由于阻尼作用，磁化强度将趋向于0H ，但是如果当微波频率时，进动的磁矩从微波场中吸收的能量刚好抵消阻尼所损耗的能量，则进动会稳定地进行，发生共振吸收现象，即铁磁共振现象。
此时，铁磁体的磁导张量可表示为0000z i i μκμκμμ-⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭（3） 其中μ和κ都是复数。
固定微波的频率0，改变稳恒磁场，当r HH 发生共振时，磁导率张量对角元的虚部为最大值r，所对应的磁场r H 为共振磁场；2r所对应的磁场间隔12||HH H 称为铁磁共振线宽，标志着磁损耗的大小。
铁磁共振报告
实验题目：铁磁共振实验目的：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。
实验原理：（略，详见预习报告）实验仪器：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，示波器实验步骤：一.谐振频率的测量1.打开微波电源，先预热半个小时左右；2.调节衰减器，使微安表示数为50μA 左右；3.旋转波长计的螺旋测微器，当电流达最小值时，读取螺旋测微器刻度值，重复六次，记录六个刻度值；4.根据刻度值与频率的关系对照表，得到相应的微波频率值，并记录；二.I—B曲线的测量1.将电磁铁连入电路，调节励磁电流从0开始由小到大再由大到小（0~2.5A）变化，分别找到上升和下降电流变化最快的B所对应的I 值（上升两个，下降两个）；2．从零开始在上升的两个点外的区间每隔0.05A读一次电流表示数并记录，在此两点间的区间每隔0.01A读一次电流表示数并记录，（0~2.4A试验中励磁电流最大只可以调到2.4A）；3．从2.5A开始下调励磁电流，在下降两点外的区间每隔0.05A读一次电流表示数并记录，在此两点间的区间每隔0.01A读一次电流表示数并记录（2.4~0A）。
三.用示波器观察共振图像将励磁电流调至使电流表示数最小的位置，此时发生共振，将示波器接入电路，调节示波器，可出现共振图像，观察并记录波形。
四．整理仪器注意先将励磁电流调到零，再关闭电源。
数据处理及误差分析：1.用波长计测微波频率ν得平均微波频率=1/6(8998.4+8999+8998.6+8998.2+8998.6+8998.4)MHz=8998.6 MHz2.用非逐点调谐法测出I-B曲线数据如下表利用origin 作出图像如下：16202428323640444852566064B/mTI/uA(1) 上升曲线由图像得最低点为（339.1, 20.2） 最高点 I 0= 55.1uA I r =20.2uA 由I 1/2=2 I 0 I r /( I 0 +I r )得I 1/2=2×55.1×20.2÷(55.1+20.2)uA=29.6uA 做I=29.6得直线与图像交于两点 （321.4, 29.6） （343.4, 29.6）△B=343.4-321.4=22 mT B r =(343.4+321.4) /2=322.4 mT 已知2r B πυγ=,结合B g μγ=可知2r B g B πυμ=；查表知:226.58210MeV s -=⨯⋅ ，1115.78810B MeV T μ--=⨯⋅则g 因子99.110788.5104.32210582.6106.899814.32113226g （2）下降曲线由图像得最低点为（335.2, 20.0） 最高点I 0= 59.7uA I r =20.0uA 由I 1/2=2 I 0 I r /( I 0 +I r )得I 1/2=2×59.7×20.0÷(59.7+20.0)uA=30.0uA 做I=30.0得直线与图像交于两点 （322.6, 30.0） （340.7, 30.0） △B=340.7-322.6=18.1 MHz B r =（322.6+340.7）/2=331.7 MHz 则g 因子94.110788.5107.33110582.6106.899814.32113226g3.用示波器观察共振图像图像如下：图二示波器观察到的共振图像分析：在输入电流固定的情况下，电磁铁产生的磁场磁感应强度固定，简谐磁场叠加在感应磁场上，大小随周期变化，这时就会出现手动调整输入电流时的整个过程所得的图形即李萨如图形，由于磁场大小上升和下降时有剩磁的差别，所以正反向存在差别。
铁磁共振实验报告
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?0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=0.1mT22a b B μμ+=?=4.5mT所以，B B B ?+==344.0±4.5mT ．2.g 因子计算次数1 2 3 4 5 B （mT ）356.2 345.7 350.0 330.3 337.985.9110274.9100.34410557.910626.6243934===---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．。
PB06210483_铁磁共振_200863130728
PB06210483 凌梓翔 0623铁磁共振(实验报告)实验目的：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：在微波波段，只有铁氧体对微波吸收最小。
当满足一定条件时，铁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。
当外加稳恒磁场B 时，铁氧体对微波的吸收剧烈变化，在0r B ωγ=处吸收最强烈，成为共振吸收，此现象称为铁磁共振。
这里0ω为微波磁场的角频率，γ为铁磁物质的磁旋比。
2mBg H πμγ=铁磁共振试验通常采用谐振腔法，该法灵敏度高，但测量频率较窄。
本试验用传输式谐振腔，其传输系数与样品共振吸收的关系简单，便于计算，但难以用抵消法提高灵敏度。
将铁氧小球置于谐振腔微波磁场的最大处，使其处于相互垂直的稳恒磁场B和微波磁场Hm 中，保持微波发生器输出功率恒定，调节谐振腔或微波发生器，使谐振腔的频率ω与微波磁场的频率0ω相等，当改变B 的大小时，由于铁磁共振，在谐振腔始终调谐时，在输入功率0()in P ω不变的情况下，输出功率为：20()out L P Q ω∝（L Q 为腔的品质因数）。
因而L Q 的变化可通过out P 的变化来测量。
然后通过P-B 曲线可得B ∆。
试验时直接测量的不是功率，而是检波电流I 。
数据记录:2.记录I－B数值数据处理:1.通过波长求解谐振频率则谐振频率为8994MHz则谐振频率为8994MHz ，说明不管励磁电流从小到大还是从大到小，谐振频率不变。
2.非逐点调谐法测I-B 曲线，计算g 因子励磁电流从小到大时的I-B 曲线B/mT上图中，max 1(55.41265.176)60.2942I =⨯+=A μ,min 26.507A I μ=。
()()m max min 1160.29426.50743.40122id A I I I μ=⨯+=⨯+=rB＝338.667mT; B ∆=351.500-306.033=45.467mT由2f B πλ=及Ng Hγμ=得，62231128994 6.5822 1.898338.667 5.78810101010rBfHg uB ππ---⨯⨯⨯⨯===⨯⨯⨯励磁电流从大到小时的I-B 曲线B/mT上图中，max 1(58.52465.526)62.0252I =⨯+=A μ, min 26.901A I μ=。
实验8--铁磁共振
实验八 铁磁共振0 前言铁磁共振(FMR)是指铁磁介质在恒定外磁场中，对微波电磁场的共振吸收现象。
是铁磁物质中未偶电子，也即是铁磁物质中的电子自旋共振。
铁磁共振不仅在实验中已可以观察到，而且在研究铁磁体的共振吸收和旋磁性的基础上，人类发明了铁氧体的微波线性器件；铁磁共振也是研究铁磁体宏观性能与微观结构的有效手段。
1 实验目的1． 初步掌握用微波谐振腔方法观察铁磁共振现象。
2．掌握铁磁共振的基本原理和实验方法。
3．测量铁氧体材料的共振磁场r B ,共振线宽B ∆，旋磁比γ以及g 因子和弛豫时间τ。
2 实验原理根据磁学理论可知，物质的铁磁性主要来源于原子或离子的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含有许多磁畴区域，在每一个区域中，自旋磁矩在交换作用的耦合下彼此平行排列，产生自发磁化，但各个磁畴之间的取向并不完全一致，只有在外磁场的作用下，铁磁体内部的所有自旋磁矩才保持同一方向，并围绕着外磁场方向作进动。
当铁磁物质同时受到两个相互垂直的磁场即恒磁场0B 和微波磁场1B 的作用后，磁矩的进动情况将发生重要的变化。
一方面，恒磁场0B 使铁磁场物质被磁化到饱和状态，当磁矩M 原来平衡方向与0B 有夹角θ时，0B 使磁矩绕它的方向作进动，频率为hB g B H 0μν=；另一方面，微波磁场1B 强迫进动的磁矩M 随着1B 的作用而改变进动状态，M 的进动频率再不是H ν了，而是以某一频率绕着恒磁场0B 作进动，同时由于进动过程中，磁矩受到阻尼作用，进动振幅逐渐衰减，如图（8—1）所示，微波磁场对进动的磁矩起到不断的补充能量的作用。
当维持微波磁场作用时，且微波频率ν=H ν时，耦合到M 的能量刚好与M 进动时受到阻尼消耗的能量平衡时，磁矩就维持稳定的进动，如图（8—2）所示。
铁磁共振的原理图如图（8—3）所示。
在恒磁场0B （即0H ）和微波磁场1B （即h ）的作用下，其进动方程可写为： dtM d = -γ（M ×H ）+ T ------------------------------- (8-1) 上式中em e g 2=γ为旋磁比，g 为朗德因子，B （即H ）为恒磁场0B （即0H ）和微波磁场1B （即h ）合成的总磁场，T 为阻尼力矩，此系统从微波磁场1B 中所吸收的全部能量，恰好补充铁磁样品通过某机制所损耗的能量。
PB06210489_铁磁共振_20086485102
由公式 ωh/2pi=rhBr
r2=ω/(2pi*Br)=9.005*109Hz/(2pi*297.80mT)=4.82*109Hz
g1=hv/(B*uB)=6.626*10-34*9.005*109/(299.35mT*0.927*10-23)= 2.15
304
29.5
0.8
138
49.5
1.88
308
33.6
0.85
142
49.5
1.9
312
39
0.9
151
49.2
1.92
315.2
42.9
0.95
160
49.2
1.94
318.4
46
1
169
49
1.96
322
48.9
1.05
179
49
1.98
326
51
1.1
182
48.8
2
330
52.1
1.15
192
253.6
43.8
2.45
399
55.8
1.54
257.2
43.2
2.5
402
55.8
用非逐点法调谐测出检波电流I随B的变化曲线。下降时的实验数据如下：
励磁电流
输出电流 （dowm）
磁感应强度B/mT（dowm）
励磁电流
输出电流 （dowm）
磁感应强度B/mT（dowm）
0
0
50.1
1.56
262.8
频率平均值ωave=(9005*9+9004*3)/12≈9005MHz=9.005*109Hz
微波铁磁共振实验报告
微波铁磁共振实验报告近代物理实验报告因此有dM??(M?B) dti?0t若磁矩M 按M?mx,ye规律进动，而稳恒磁场B?B0iz，代入解此方程，得?0??B0这就是通常称为拉莫尔进动的运动方式，从量子力学的观点来看，共振吸收现象发生在电磁场的量子??恰好等于系统M的两相邻塞曼能级间的能量差，即E?g?BB0?m 吸收过程中产生?m??1的能级跃迁，因此这一条件等同于B0??0，与经典力学的结论一致5.5) 如两个共振信号幅度相差较大，可移动样品谐振腔在磁场中的位置，同时观察共振信号的变化，直到满意为止6) 用特斯拉计测量此时磁场的磁场强度多晶样品铁磁共振曲线的制作1) 将半透明外壳的多晶样品放入谐振腔内，并将谐振腔放到磁场中心位置去掉扫场接线，按下磁共振实验仪的“检波”按钮，缓缓顺时针转动磁共振实验仪的磁场调节钮，加大磁场电流，当电表指示最小时，即为铁磁共振吸收点 2) 传输式谐振腔的传输功率可以用晶体检波器作相对指示3) 磁共振实验仪的磁场调节旋钮是用来调节外加磁场大小的，它通过改变磁场线圈中的电流来达到这一目的4) 逐点记录检波电流与磁场电流读数的对应关系，即可得到多晶样品的铁磁共振曲线原始数据、数据处理及误差计算： 1.综上，得到微波源发出的微波频率：ν=2. 单晶样品的测量及朗德g因子的计算测量中得到扫场电流I=，对应的合成磁场总强度为又已知普朗克常量为h=·s，波尔磁子μB=/T根据实验结果及计算公式hv?g?BB*10?34J?s?*106Hz可以得到朗德g因子为g*10?14 ?11?1?*10MeV?T? 35 42 一、实验背景早在1935年，著名苏联物理学家兰道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，后来波耳得和侯根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?0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: ?E??hB02? ． eeh?B0?g?BB0．，故?E?g 4me?又有??g图一实验仪器B??Bi?1555?51由不确定度公式得，A类不确定度?a=[?(Bi?B)2]= 5?(5?1)i?1B类不确定度?b=?B??b2??a2=所以，B?B??B=?．因子计算中国石油大学近代物理实验实验报告成班级：应物09--5 姓名：郭启凯微波铁磁共振图3 铁磁共振实验装置框图实验装置框图见图3本实验采用波长λ为3cm左右的微波场微波源输出的微波信号，4谐振腔输出功率P与恒定磁场B关系曲线如果检波晶体管的检波满足平方律关系，则检波电流I2∝P,则上式为I21/22I0I2r (12) ?22I0?Ir2其中，I0为远离共振区时的检波电流，Ir为共振时的检波电流，这样就可以由I—B 曲线测定共振线宽ΔB图5 装置图DH1121型三厘米固态信号发生器；隔离器；可变衰减器；吸收式谐振腔波长计；波导管；晶体检波器是；谐振腔；特斯拉计铁磁共振图一铁磁共振曲线图二谐振腔谐振曲线2、传输式谐振腔本次实验中使用的传输式谐振腔是一段矩形波金属波导管，并在两端加上带耦合孔的短路金属片．谐振腔的谐振条件l=plg2(p=1,2,3...)其中l是谐振腔的长度，λ g是波导波长：QL处，谐振腔始终保持谐振，微波输入功率保持恒定，经计算有：P出(f0)=4P入(f0)2QLQe1Qe2ⅱ如果我们测出P出的变化则可以知道QL的变化，由则可以知道m的变化，由图一就可以知道DH．通过测量谐振时输出功率P与恒定磁场H的关系曲线，如图三所示，如果P0、Pr 表示ⅱ远离铁磁共振和共振时的输出功率，P1/2为半共振点的输出功率,有：P1/2=可以算出P1/2，在曲线上测量出DH，但用时一定要逐点注意调谐，即每加入一个共振磁场，都要稍微改变微波的频率使之调谐，测出的DH才正确．如果不逐点调谐，则需要对公式进行修正，结果如下：P1/2=2prp0图三输出功率P与磁场强度图四铁磁共振仪器装置图与H的关系曲线9铁磁共振lg=ll=cf其中，λ、f为谐振腔的谐振波长和谐振频率，a 为谐振腔宽边长度品质因数谐振腔的固有品质因数Q0定义为：Q0??0谐振时总的储能损耗功率1QL=1Q1Qe如果与外电路相耦合，称为有载品质因数QL，定义为：+，Qe为谐振腔的外观品质因1QL)为放进样品前后谐振腔的有载品质因数倒数的变P1/2=图4实验装置图2、实验内容观察谐振腔的谐振性质：由公式、估算谐振频率，用示波器观察速调管的振荡模式，频率处于谐振腔固有频率附近，与微波实验中观察到的振荡模式进行比较；观察谐振腔的谐振曲线，测量有效品质因数观察铁磁共振：通过示波器采用扫场法观察单晶样品的共振曲线，测量??；通过微安计采用逐点法测量多晶样品的共振曲线和??，利用相应的公式，求出两种样品的旋磁比?、朗德因子ｇ、弛豫时间?用高斯计测量电磁铁电流与磁场强度的关系四、数据处理与分析1.谐振腔的谐振性质估算谐振腔的谐振频率：a?，p?8，l?由公式l=plg2?l2lgp=2′8=由公式lg=ll=cf?fcl==9021MHz反射极，CH2接晶体检波器，加锯齿波，测得谐振曲线如图5所示。
铁磁共振——精选推荐
铁磁共振刘艳鑫微波铁磁共振（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
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∆B及旋 磁比γ。
实验理
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。
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。
ω0 = γ Br = g
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
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=pλg/2,令p=8，求出λg，再利用
实验报告：铁磁共振 (2)
实验报告赵妍 PB05210375实验题目：铁磁共振实验目的：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。
实验原理：1、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 mμ0为真空中的磁导率，μij 称为张量磁导率。
μij =⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-10000μμjk jkμ、k 称为张量磁导率的元素'''μμμj -= '''jk k k -=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。
2、本实验用传输式谐振腔测量直径约1mm的多晶铁氧体小球μ’’与B 的关系曲线，计算B ∆和g 因子。
为简化测量过程，往往采用非逐点调谐，即在远离共振区时，先调节谐振腔，使之与入射微波磁场频率调谐，测量过程中则不再调谐，则计算P 1/2的关系式为r r P P P P P +=002/12（10）此式是考虑了频散影响修正后计算P 1/2的公式。
实验时，直接测量的不是功率，而是检波电流I ，为此，必须控制输入功率的大小，使之在测量范围内，微波检波二极管遵从平方律关系，则I 与入射到检波器的微波功率P out成正比，则r r I I I I I +=002/12（11）因此，只要测出I-B 曲线，即可算得B ∆和B 。
铁磁共振L
铁磁共振摘要：利用上次实验所学关于微波的知识，学习微波在铁磁共振中的应用，观察速调管的振荡模式，谐振腔的谐振曲线，单晶样品的共振曲线，用逐点法测量了多晶样品的共振曲线。
关键词：铁磁共振，共振曲线，谐振曲线一、引言铁磁共振是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。
它可以用于测量体磁体材料的g 因子、共振线宽、弛豫时间等性质。
通过本实验，熟悉微波传输中常用的元件及其作用，掌握传输式谐振腔的工作特性，了解谐振腔观察铁磁共振的基本原理和实验条件。
二、实验原理1、铁磁共振原理铁磁物质总磁矩M 在稳恒磁场B 作用下,绕M 作进动,角频率为B ωγ=,由于内部存在阻尼作用,M 进动角逐渐减小,当进动角频率等于外加微波磁场角频率0ω时,M 吸收其能量用以维持进动,此时即发生铁磁共振。
此时，铁磁体的磁导张量可表示为0000z i i μκμκμμ-⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭（1） μ和κ都是复数。
当固定铁磁体所处微波磁场的频率为0ω，改变稳恒磁场H 的大小，当发生共振时，磁导率张量对角元μ的虚部μ''与稳恒磁场H 的关系曲线上将出现共振峰，如图1所示。
图1 铁磁共振曲线μ''的最大值r μ''所对应的磁场r H 称为共振磁场，μ''=r μ''/2所对应的两点间的磁场间隔12H H -称为铁磁共振线宽，记作H ∆。
通常H ∆和铁磁体的弛豫时间τ之间的关系可用下式表示：2Hτγ=∆ （2）2、传输式谐振腔 （1）谐振腔的谐振条件谐振腔发生谐振产生驻波的条件为： ...)3,2,1(2==p pl gλ （3）其中l 是谐振腔的长度，λ g 是波导波长：()221a g λλλ-=（4）λ是微波在自由空间的波长。
式（3）说明，矩形谐振腔产生驻波的条件是腔长为半波导波长的整数倍。
（2）品质因数谐振腔的固有品质因数0Q 定义为：损耗功率谐振时总的储能0ω=Q 。
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。
近代物理实验报告—铁磁共振
近代物理实验报告—铁磁共振铁磁共振【摘要】本实验利用调速管产生微波，观察了谐振腔的谐振曲线，测得谐振腔的有效品质因数为1507，并进一步利用谐振腔研究了单晶和多晶样品的铁磁共振性质，得到了单晶样品和多晶样品的的共振线宽，旋磁比，朗德因子以及弛豫时间，并用逐点法测量了多晶样品的共振曲线。
【关键词】微波、铁磁共振、品质因数一、引言早在1935年，著名苏联物理学家朗道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。
铁磁共振是指铁磁体材料在受到相互垂直的稳恒磁场和交变磁场的共同作用时发生的共振现象。
它可以用于测量体磁体材料的g因子、共振线宽、弛豫时间等性质。
通过本实验熟悉微波传输中常用的元件及其作用，掌握传输式谐振腔的工作特性，了解谐振腔观察铁磁共振的基本原理和实验条件。
二、实验原理1、铁磁共振原理当铁磁体材料同时受到两个相互垂直的磁场，即恒定磁场H0和微波交变磁场h，在H0的作用下，铁磁体的磁化强度将围绕H0进动，进动频率为:(1)其中为铁磁体材料的旋磁比，即:2m (2)其中g为朗德因子，为真空磁导率，e、m分别电子电量和电子质量。
由于阻尼作用，磁化强度将趋向于H0，但是如果当微波频率w=w0时，进动的磁矩从微波场中吸收的能量刚好抵消阻尼所损耗的能量，则进动会稳定地进行，发生共振吸收现象，即铁磁共振现象。
此时，铁磁体的磁导张量可表示为1 / 90(3)其中和都是复数。
固定微波的频率w0，改变稳恒磁场，当H=Hr发生共振时，磁导率张量对角元m的虚部m?为最大值mr?，所对应的磁场Hr为共振磁场;m=mr2所对应的磁场间隔DH=|H1-H2|称为铁磁共振线宽，标志着磁损耗的大小。
铁磁共振报告
实验题目：铁磁共振实验目的：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。
实验原理：（略，详见预习报告）实验仪器：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，示波器实验步骤：一.谐振频率的测量1.打开微波电源，先预热半个小时左右；2.调节衰减器，使微安表示数为50μA 左右；3.旋转波长计的螺旋测微器，当电流达最小值时，读取螺旋测微器刻度值，重复六次，记录六个刻度值；4.根据刻度值与频率的关系对照表，得到相应的微波频率值，并记录；二.I—B曲线的测量1.将电磁铁连入电路，调节励磁电流从0开始由小到大再由大到小（0~2.5A）变化，分别找到上升和下降电流变化最快的B所对应的I 值（上升两个，下降两个）；2．从零开始在上升的两个点外的区间每隔0.05A读一次电流表示数并记录，在此两点间的区间每隔0.01A读一次电流表示数并记录，（0~2.4A试验中励磁电流最大只可以调到2.4A）；3．从2.5A开始下调励磁电流，在下降两点外的区间每隔0.05A读一次电流表示数并记录，在此两点间的区间每隔0.01A读一次电流表示数并记录（2.4~0A）。
三.用示波器观察共振图像将励磁电流调至使电流表示数最小的位置，此时发生共振，将示波器接入电路，调节示波器，可出现共振图像，观察并记录波形。
四．整理仪器注意先将励磁电流调到零，再关闭电源。
数据处理及误差分析：1.用波长计测微波频率ν得平均微波频率=1/6(8998.4+8999+8998.6+8998.2+8998.6+8998.4)MHz=8998.6 MHz2.用非逐点调谐法测出I-B曲线数据如下表利用origin 作出图像如下：16202428323640444852566064B/mTI/uA(1) 上升曲线由图像得最低点为（339.1, 20.2） 最高点 I 0= 55.1uA I r =20.2uA 由I 1/2=2 I 0 I r /( I 0 +I r )得I 1/2=2×55.1×20.2÷(55.1+20.2)uA=29.6uA 做I=29.6得直线与图像交于两点 （321.4, 29.6） （343.4, 29.6）△B=343.4-321.4=22 mT B r =(343.4+321.4) /2=322.4 mT 已知2r B πυγ=,结合B g μγ=可知2r B g B πυμ=；查表知:226.58210MeV s -=⨯⋅ ，1115.78810B MeV T μ--=⨯⋅则g 因子99.110788.5104.32210582.6106.899814.32113226g （2）下降曲线由图像得最低点为（335.2, 20.0） 最高点I 0= 59.7uA I r =20.0uA 由I 1/2=2 I 0 I r /( I 0 +I r )得I 1/2=2×59.7×20.0÷(59.7+20.0)uA=30.0uA 做I=30.0得直线与图像交于两点 （322.6, 30.0） （340.7, 30.0） △B=340.7-322.6=18.1 MHz B r =（322.6+340.7）/2=331.7 MHz 则g 因子94.110788.5107.33110582.6106.899814.32113226g3.用示波器观察共振图像图像如下：图二示波器观察到的共振图像分析：在输入电流固定的情况下，电磁铁产生的磁场磁感应强度固定，简谐磁场叠加在感应磁场上，大小随周期变化，这时就会出现手动调整输入电流时的整个过程所得的图形即李萨如图形，由于磁场大小上升和下降时有剩磁的差别，所以正反向存在差别。
1铁磁共振实验
铁磁共振铁磁共振(FMR)观察的对象是铁磁物质中未偶电子, 因此可以说它是铁磁物质中的电子自旋共振。
1 实验目的使用微波谐振腔方法, 通过观测铁磁共振测定共振线宽 、旋磁比 、 因子和驰豫时间 等有关物理量, 认识磁共振的一般特性。
2 实验原理一、铁磁质磁化原理凡是能与磁场发生相互作用的物质叫磁介质。
磁介质放入磁场中, 磁介质将发生磁化, 产生附加磁场, 产生磁性。
磁介质一般分为顺磁介质、抗磁介质和铁磁介质。
① 顺磁介质中产生的附加磁场 与外场 方向相同, 磁介质中的场 要比外场 大, ； ② 抗磁介质中产生的附加磁场 与外场 方向相反, 磁介质中的场 要比外场 小, ； ③ 铁磁介质中产生的附加磁场 与外场 方向相同, 但磁介质中的场 要远比外场 大, 是外场的几百倍到几万倍, 。
磁导率 很高是铁磁质的最主要特性。
原子中电子参与两种运动：自旋及绕核的轨道运动, 对应有轨道磁矩和自旋磁矩。
整个分子磁矩是其中各个电子的轨道磁矩和自旋磁矩以及核的自旋磁矩的矢量和（核的自旋磁矩常可忽略）。
从原子结构来看, 铁磁质的最外层电子, 会因电子自旋而产生强耦合的相互作用。
这一相互作用的结果使得许多铁磁质原子的电子自旋磁矩在许多小的区域内整齐地排列起来, 形成一个个微小的自发磁化区, 称为磁畴。
在无外磁场时, 各磁畴的排列是不规则的, 各磁畴的磁化方向不同, 产生的磁效应相互抵消, 整个铁磁质不呈现磁性。
把铁磁质放入外磁场 中, 铁磁质中磁化方向与外磁场方向接近的磁畴体积扩大, 而磁化方向与外磁场方向相反的磁畴体积缩小, 以至消失（当外磁场足够强时）, 出现磁畴转向。
二、铁磁共振现象在恒磁场中, 磁导率可用简单的实数来表示x 41πμ+= （1）（ 是磁化率）, 但当铁磁物质在稳恒磁场 和交变磁场 的同时作用下时, 由于铁磁质内部结构对磁矩 进动的阻抑作用, 铁磁质中的磁感性强度 要落后于交变场 , 两者存在相差,其磁导率 就要用复数来表示"j 'μμμ+= (2)实部 为铁磁性物质在恒定磁场 中的磁导率, 它决定磁性材料中贮存的磁能, 虚部 则反映交变磁能在磁性材料中的损耗。
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
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）。
近物实验II 微波与铁磁共振
微波与铁磁共振受目前可得到的磁感应强度的限制，磁共振所涉及的共振频率一般处于射频与微波频段。
通常，当材料的磁化强度较小（比如核磁共振）或者当所用的磁场较弱时（比如光泵磁共振），常用射频电磁波做磁共振的激励信号；但在铁磁和电子顺磁共振中，由于它们的磁矩较大，磁效应比较显著，一般采用频率较高的微波来观测其磁共振效应。
因为在微波波段，其能量量子大约是10-6-10-3eV，许多原子和分子发射和吸收的电磁波的能量正好处在这个波段，所以，微波与物质相互作用时可以发生共振现象。
通过本实验主要让学生了解微波体效应振荡器的工作原理，了解微波传输的基本原理、方法和元件，掌握传输式谐振腔的工作特性，了解用谐振腔观察铁磁共振的基本原理和实验条件。
一、微波(一) 微波的性质微波是频率非常高、波长非常短的电磁波，其频率范围的划分并无统一的规定，通常将波长范围在0.1cm—100cm之间（相应的频率从3×10８Hz到3×10１1Hz）的电磁波划为微波波段。
如表1所示，根据微波波长的不同，微波可分为四个分波段：表1 微波波段的划分在本实验中采用的微波是波长在3厘米左右的厘米波。
在电磁波波谱中，微波在其低频段与普通的无线电波相连，而在其高频端与远红外线毗邻，但微波的波长决定了它的性质既不同于无线电波，也不同于光波。
微波的应用领域、研究方法和所用的传输元件、测量装置都与其它波段的电磁波不同而自成体系，成为一门独立的学科。
微波的独特性质主要表现在以下四个方面：1．高频特性微波的振荡频率极高(在3 108Hz以上)，这样许多在低频波段可以忽略的物理效应在微波波段会变得非常的明显，比如，真空电子管中的“电子渡越时间”约为10-10秒，这比无线电波的振荡周期要小得多，可以忽略不计，可对微波振荡来说，时间就太长了，电子的惯性就必须加以考虑，因此传统的电子器件在微波波段不能正常使用，而是被建立在新原理基础上的微波电子管、微波固体器件和量子器件所代替。
物理实验报告铁磁
物理实验报告铁磁根据我们进行的物理实验，以下是关于铁磁的实验报告。
实验目的：本实验的目的是探究铁磁的性质，包括磁化曲线、磁滞回线和铁磁性的来源。
实验设备：1. 一块铁磁材料（如铁块或磁铁）2. 一台磁感应强度计3. 一台电流表4. 一条导线5. 一块薄纸片6. 一台直流电源实验原理：铁磁材料受到外界磁场的影响会发生磁化，即材料内的磁矩重新排列以对抗外磁场，使材料本身也产生磁场。
当外磁场不再影响时，铁磁材料仍保持一定的磁化状态，这种性质称为铁磁性。
实验步骤：1. 将磁感应强度计固定在实验台上，并接通电源，使磁感应强度计指针指向零位。
2. 将铁磁材料放在磁感应强度计旁边，离磁感应强度计一定的距离。
3. 通过电流表和导线将直流电流引入铁磁材料中。
4. 观察磁感应强度计的指针变化，并记录电流值和磁感应强度计示数。
5. 逐渐增加或减小电流，使电流在一定范围内变化，反复观察并记录数据。
6. 断开电流后，观察磁感应强度计指针的变化，并记录数据。
实验结果：通过实验记录的数据可以绘制出铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线。
磁化曲线描述了铁磁材料随外磁场变化时的磁化程度，而磁滞回线则描述了铁磁材料在去除外磁场后的剩余磁化程度。
实验分析：根据实验结果，我们可以看出磁化曲线是一个非线性的曲线，而磁滞回线则是一个封闭的回线。
这说明铁磁材料在受到外磁场影响后能够磁化，而在去除外磁场后仍然保持一定的磁化状态。
这种现象可以归因于铁磁材料内的磁矩重新排列的过程。
结论：通过本实验，我们成功探究了铁磁的性质。
铁磁材料表现出磁化曲线和磁滞回线的特征，这表明铁磁材料具有磁化和磁留效应。
铁磁性的来源在于铁磁材料内的微观磁矩，这些磁矩在外磁场的作用下重新排列以对抗外磁场，从而使得材料表现出铁磁性。
实验的局限性：本实验只是通过直流电流作用于铁磁材料的方式来研究铁磁性质，其结果可能受到实验设备和操作过程的影响。
未来可以进一步研究其他因素对铁磁性质的影响，如温度和外界压力等。
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铁磁共振摘 要 本实验观察了速调管的振荡模式，谐振腔的谐振曲线，单晶样品的共振曲线，用逐点法测量了多晶样品的共振曲线．实验测得谐振腔的有效品质因数为861.24，测得单晶样品共振线宽H ＝224.5Ａ／ｍ，旋磁比＝112.1810Ｈｚ·ｍ／Ａ，朗德因子ｇ＝2.4，弛豫时间＝72.1410ｓ．测得多晶样品H ＝31847.5Ａ／ｍ，＝112.3610Ｈｚ·ｍ／Ａ，ｇ＝2.6，＝102.110s ．关键词 铁磁共振，共振曲线，谐振曲线，品质因数，微波一、引言共振是自然界中普遍存在的一种客观现象.共振技术被广泛应用于机械、化学、力学、电磁学、光学、原子与分子物理学、工程技术等几乎所有的科技领域.磁共振是发生在既有角动量又有磁矩的系统在磁场作用下形成的塞曼能级间的共振感应跃迁，它不但具有共振的共性，还有其自身的特点.在目前可得到的磁感应强度的条件下，磁共振所涉及的共振频率通常处于射频和微波频段.铁磁共振是于20世纪40年代发展起来的一种研究物质宏观性能和微观结构的重要实验手段，是指铁磁体材料在受到相互垂直的稳恒磁场和交变磁场的共同作用时发生的共振现象．利用铁磁共振现象可以测量体磁体材料的g 因子、共振线宽、弛豫时间等性质．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．通过本实验，熟悉微波传输中常用的元件及其作用，掌握传输式谐振腔的工作特性，了解谐振腔观察铁磁共振的基本原理和实验条件．二、实验原理1、铁磁共振当铁磁体材料同时受到两个相互垂直的磁场，即恒定磁场0H 和微波交变磁场h ，在0H 的作用下，铁磁体的磁化强度将围绕0H 进动，进动频率为：0H （1）其中为铁磁体材料的旋磁比，即：2e gm（2）其中g 为朗德因子，0为真空磁导率，e 、m 为电子电量和电子质量．由于阻尼作用，磁化强度将趋向于0H ，但是如果当微波频率时，进动的磁矩从微波场中吸收的能量刚好抵消阻尼所损耗的能量，则进动会稳定地进行，发生共振吸收现象，即铁磁共振现象． 固定微波的频率0，改变稳恒磁场，当r HH 发生共振时，磁导率张量对角元的虚部"为最大值"r，所对应的磁场r H 为共振磁场；"/2r所对应的磁场间隔12||HH H 称为铁磁共振线宽，标志着磁损耗的大小．铁磁共振曲线如图一所示．共振线宽与弛豫时间之间存在关系：2H（3）图一 铁磁共振曲线 图二 谐振腔谐振曲线2、传输式谐振腔本次实验中使用的传输式谐振腔是一段矩形波金属波导管，并在两端加上带耦合孔的短路金属片．（1）谐振腔的谐振条件(1,2,3...)2gl pp（4）其中l 是谐振腔的长度，λ g 是波导波长：212gcfa，（5）其中，λ、f 为谐振腔的谐振波长和谐振频率，a 为谐振腔宽边长度． （2）品质因数谐振腔的固有品质因数0Q 定义为：00Q如果与外电路相耦合，称为有载品质因数L Q ，定义为：0111L eQ Q Q ，e Q 为谐振腔的外观品质因数． （3）谐振曲线谐振腔的传输系数与频率的关系曲线称为谐振曲线，如图二所示．传输系数T （f ）定义如下： ()()()p f T f p f 出入．由图，有载品质因数可表示为：012||Lf Q f f（6）其中：f 0为腔的谐振频率，f 1 和f 2为半功率点所对应的频率．3、用传输式谐振腔测量铁磁共振线宽的原理 （1）谐振腔的微扰公式当样品很小时，如果满足下面两个条件，则可以看成是微扰： 1）放入样品后所引起的谐振频率相对变化很小；2）放入样品后只有样品所在的地方电磁场发生变化，其他地方变化忽略不计． 此时，当样品处于腔内微波磁场最大，微波电场最小处时，微扰计算结果如下：(1)f f A f 1()2LAQ （7）其中f 0、f 分别为无样品和有样品时腔的谐振频率，、为磁导率张量对角元的实部和虚部，A 为与腔的振荡模式和体积及样品的体积有关的常数，1()LQ 为放进样品前后谐振腔的有载品质因数倒数的变化． （2）用传输式谐振腔测量铁磁共振谐振腔放在均匀的外磁场中，外磁场与微波场垂直．样品体积很小，放在腔内磁场最大处，谐振腔始终保持谐振，微波输入功率保持恒定，经计算有：200124()()L e e P f P f Q Q Q 入出（8）如果我们测出出P 的变化则可以知道L Q 的变化，由（7）则可以知道的变化，由图一就可以知道．通过测量谐振时输出功率P 与恒定磁场H 的关系曲线，如图三所示，如果r P P 、0表示远离铁磁共振和共振时的输出功率，P 1/2为半共振点的输出功率（相当于=r/2点）,有：1/2204(/1)rP P P P （9）可以算出P 1/2，在曲线上测量出，但用（9）时一定要逐点注意调谐，即每加入一个共振磁场，都要稍微改变微波的频率使之调谐，测出的才正确．如果不逐点调谐，则需要对公式（9）进行修正，结果如下：1/202r rp p P p p（10）三、实验内容1.实验装置本次实验使用的仪器主要有微波实验中的各种仪器，另外还有共振仪，电磁铁，单晶和多晶样品，谐振腔（p=8）．其中电磁铁用来产生恒定磁场或产生扫场磁场，共振仪为电磁铁提供电流并为示波器提供输入信号．实验装置如图四所示．图三 输出功率P 与磁场强度 图四 铁磁共振仪器装置图与H 的关系曲线2.实验过程（1）观察谐振腔的谐振性质：由（4）、（5）估算谐振频率，用示波器观察速调管的振荡模式，频率处于谐振腔固有频率附近；观察谐振腔的谐振曲线，测量有效品质因数．（2）观察铁磁共振：用示波器和扫场法观察单晶样品的共振曲线，测量；用逐点法测多晶样品的共振曲线和，用高斯计测量电磁铁电流与磁场强度的关系．（3）按顺序关机．四、实验数据处理与分析1、估算谐振腔的谐振频率10Hz=9021MHz．a=2.295cm,p=8,l=19.30cm,由（4）、（5）可得f=9.021×92、粗调频率检波按钮按下，用波长计测得频率为9021MHz，这时速调管电压为-142.4V．3、观察谐振腔谐振曲线谐振腔加上金属耦合片，示波器CH1接阳极-反射极，CH2接晶体检波器，加锯齿波，测得谐振曲线如图五所示．图五谐振腔谐振曲线用波长计测吸收峰频率，测得：f0=9043MHz，f1=9039MHz,f2=9049.5MHz．由（6）Q=9043/10.5.5=861.24．得有效品质因数L4、观察铁磁共振用高斯计电磁铁电流与磁感应强度的关系：测得数据见附件，作出图线如图七所示．0.40.81.2 1.620.10.20.3I/AB /T图六 电磁铁Ｂ—Ｉ关系图由图六得：Ｂ＝0.16*I ＋0.005（１１）（1）单晶样品示波器CH1接共振仪X ，CH2接共振仪Y ，检波器2接共振仪检波输入，按下扫场按钮，调节参数，观察到的共振曲线如图八所示．此时电磁铁电流为 1.592Ａ，由（１１）得0B =0.25972T ，则0H ＝0B ／0＝206126.98Ａ／ｍ．-3-2-10123x(a.u.)I /A图七 示波器定标拟合曲线对示波器屏幕定标得y=0.014143x+1.6047，由示波器测得与对应的I 为0.02格，则＝0.014143x ／0＝224.5Ａ／ｍ．由（１）可得11002 2.1810H由（２）可得02 2.4m g e由（３）可得-74222.14104.12510224.5s H ．（2）多晶样品由实验记录和（１１）得输出功率Ｐ与磁场电流Ｉ以及磁场强度H 的关系如表格一所示．输出功率Ｐ与磁场强度H 的关系图如图八所示．表格一 多晶样品输出功率Ｐ随磁场强度Ｂ变化关系1.61.822.2 2.4x 105708090100H/TP /μA图八 多晶样品Ｐ－H 图由图八九可知090A,76A rP P ，由于实验中采用非逐点调谐法，所以由（１０）可得01/20282.41r rp p P A p p ．由图九可知：r H ＝209396.8 A/m,1H = 221090.5A/m ，2H =189243A/m ，则12HH H ＝31847.5A/m ．由（１）可得11002 2.3610H由（２）可得02 2.6m g e由（３）可得-102 2.110s H．通过对比可知多晶和单晶的共振线宽H 有较大差别，单晶曲线变化非常迅速，而多晶变化相对于单晶来说比较缓慢，多晶和单晶的弛豫时间也相差较大，旋磁比相差不多。
误差分析：（1）由于示波器上的精度问题以及定标等问题所以示波器上面的读数时造成误差的主要来源。
（2）共振曲线调节的不是特别好，有点不对称所以对测量H 也造成加大误差。
（3）特斯拉计的读数也有一定误差。
(4) 因为很多数据是实验后处理，有的数据在实验时测得有点不合理，所以误差较大。
五、结论通过本实验，观察了速调管的振荡模式，谐振腔的谐振曲线，单晶样品的共振曲线，用逐点法测量了多晶样品的共振曲线，熟悉了微波传输中常用的元件及其作用，掌握了传输式谐振腔的工作特性．实验测得谐振腔的有效品质因数为861.24，测得单晶样品共振线宽H ＝224.5Ａ／ｍ，旋磁比＝112.1810Ｈｚ·ｍ／Ａ，朗德因子ｇ＝2.4，弛豫时间＝72.1410ｓ．测得多晶样品H ＝31847.5Ａ／ｍ，＝112.3610Ｈｚ·ｍ／Ａ，ｇ＝2.6，＝102.110s ． 对比了多晶单晶的共振特征，所测量的结果在误差允许的范围内是与理论符合的.六、参考文献[1] 熊俊主编. 近代物理实验[M]. 北京: 北京师范大学, 2007.。