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 m

μ0为真空中的磁导率，μij 称为张量磁导

率。

μij =⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢

⎢⎣⎡-10000μμjk jk

μ、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 。

实验数据及处理：

1、谐振频率

l(mm) 3.380 3.380 3.380 3.380 3.381 3.381 f(MHz) 8916 8916 8916 8916 8916 8916 故谐振频率f 0=8916MHz

2、作I ～B 曲线，计算B ∆和g 因子

Ⅰ励磁电流从0逐渐增加到2.5A,曲线如图：

I 0＝50μA ；最低点I r =26.8μA

故：A I I I I I r r μ0.356.26508.26*50*22002/1=+=+= 从图中找出I 1/2对应的励磁电流，查表可得B 1，B 2 I 1＝1.72A ，I 2=1.88A

B 1=283mT ，B 2=308mT

mT mT mT B B B 2528330812=-=-=∆

B r =298mT ，则：

14.210

*298*10*6.1*10*5788.010*8916*10*626.62231946

34000======----r B B

r

B f g g B f μπμγγωπηη得：由

Ⅰ励磁电流从2.5A 逐渐减小到0,曲线如图：

I 0＝54.3μA ；最低点I r =27.3μA

故：A I I I I I r r μ3.363.273.543.27*3.54*22002/1=+=+= 从图中找出I 1/2对应的励磁电流，查表可得B 1，B 2 I 1＝1.68A ，I 2=1.84A

B 1=283mT ，B 2=m308T

mT mT mT B B B 2528330812=-=-=∆

B r =297mT ，则：

14.210*297*10*6.1*10*5788.010*8916*10*626.6223

1946

34000======----r B B

r

B f g g B f μπμγγωπηη得：由

比较两次测量的结果可知，虽然由于剩磁的影响，励磁电流减小时的曲线相对增大时的曲线向左移动了一些，但所得的共振

线宽和g因子是非常接近的。两次曲线的比较如图：

3、用示波器观察，调节励磁电流使图像两边等高，共振时，I＝1.75A，与上两步实验结果比较吻合，图像为：

观察示波器所示图形并取点时，为了照顾到描点的需要，未能取得两边最大值点，所以画出的曲线两边并不等高，但实验中所显示的图形两边是等高的。

思考题

∆时，要保证哪些实验条件？

1．用传输式谐振腔测B

答：需要保证的实验条件有（1）样品很小，磁导率引起的系统参量变化不大；（2）谐振腔始终调协；（3）输入功率保持不变。实际测量时，为简化过程，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。

2．使谐振腔与微波信号调谐时，磁铁应置于使系统处于共振还是远离共振的位置？

答：应该放在远离共振的位置。如果放在共振位置，那么由于共振腔的吸收，微波将无法到达样品所在位置。3．本实验所用谐振腔内可以把样品放置于任意位置吗？

答：不可以。必须将样品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H m中，这样才能使样品与谐振腔构成一个谐振系统，保持微波发生器输出功率恒定，

4．能否从实测结果曲线（图2.3.2-5）中，取曲线高度一半处

∆？为什么？

对应的磁场差作为B