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 g

2=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 π

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 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 注意事项

1.预热后立马开始实验

六、实验数据记录及处理

2.g 因子计算

g 的不确定度 所以，013.085.91±=g

七、误差分析

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．