铁磁共振 预习

近代物理实验题目微波顺磁共振

学院数理与信息工程学院

班级物理071班

学号07180132

姓名骆宇哲

指导教师斯剑宵

浙 江 师 范 大 学 预 习 报 告

实验名称 铁磁共振 班 级 物理071 姓名 骆宇哲 学号 07180132 同 组 人 实验日期 10/04/29 室温 气温

铁磁共振

摘 要：通过本实验，使学生熟悉铁磁物质内部磁化强度的运动形态以及铁磁物质与电磁

波之间的相互作用，并对它在材料科学和微波设备的应用方面有一初步了解。

关键词：铁磁共振 共振线宽 g 因子

引 言： 铁磁共振和顺磁共振、核磁共振一样是研究物质宏观性能和微观结构的有效手段本实验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的关系时，可发生射频磁场的能量被吸收的铁磁共振现象。微波铁磁共振在磁学和固体物理学中占有重要地位。它是微波铁氧体物理学的基础。微波铁氧体在雷达技术和微波通信方面有重要的应用。

实验方案：

1、实验原理

FMR 和NMR 、EPR 一样，也是研究物质宏观性能和微观结构的有效手段，它在磁学乃至固体物理中都占有重要地位。其共振原理与NMR 、EPR 也很相似，若将YIG 小球（实验样品）置于稳恒磁场B 0中，YIG 系统的总磁矩M 就要绕着B 0作拉莫尔旋进，其旋进角频率为ω0＝γB 0。如果在垂直于B 0方向同时加一微波旋转磁场B 1，当B 1的旋转方向与M 的进动方向一致，且B 1的角频率ω又等于M 的旋进角频率ω0，即微波磁场的角频率与稳恒磁感应强度满足

000B B g B μωγ== 时，YIG 小球便会从微波磁场中强烈地吸收能量，这种现象便是FMR ，上式就是共振条件。

式中

B μ为玻尔磁子，γ和g 分别为旋磁比和朗德因子。

2、实验仪器

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：

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，样品即放在波峰处，该处的微波磁场与外磁场垂直。

g.固体微波信号源，产生9GHZ 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。

m.微波电源，为固体微波信号源提供电源。

3、实验步骤

①用波长表测微波频率ν

a．打开三厘米固态信号发生器电源预热半小时。

b．将微波谐振腔的信号输出端接入微安表。

c．调节波导上的衰减器，使微安表有一定的读数（一般50μA）。

d．调节波长表使微安表读数达最小值，读取波长表的刻度值，由刻度值和频率对照表求得微波频率。

e．波长表调离谐振点，使微安表读数回到原来近似值。

②用非逐点调谐法测出曲线：（用多晶样品）

a．将谐振腔有样品的部分放入磁场中心位置。

b．将线圈的“磁场”接线端接入磁共振实验仪的“磁场”端。

c．调节磁共振实验仪“磁场”旋钮改变励磁电流的大小（0—最大,约2.5A），每改变一次，记下一组励磁电流（A）和波导输出电流（μA）的值，测一条曲线。查表将励磁电流值（A）转换为对应的磁感应强度B（mT）。（中间点可用插值法估算）。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（最大—0），测出另一条曲线。

e．在同一坐标纸上画出两条I(μA)---B(mT)曲线，由两条曲线分别求B及g因子。最后求出B及g因子平均值。（,γ=g/）,,查教材后《物理学常量表》。

图三

③用示波器观察共振波形

a．将微波谐振腔的信号输出端接入磁共振实验仪的“检波输入”端。b．将线圈的“扫场”接线端接入试验仪的“扫场”端。

c．按下实验仪的“扫描/检波”按钮。

d．按下示波器的“X-Y”按钮。

e．调节磁场电流达共振点（极小值）处，观察示波器的波形。