振动样品磁强计-实验报告

固体物理学实验报告

振动样品磁强计

一．实验目的

1、掌握振动样品磁强计的基本原理、结构，了解其使用方法；

2、掌握磁性样品的起始磁化曲线和磁滞回线的测量，了解由此分析材料磁性参数的方法。

二．VSM工作原理

2.1 VSM设备种类介绍

振动样品磁强计主要由电磁铁系统、样品强迫震动系统和信号检测系统组成。根据驱动样品振动的方式不同，振动样品磁强计可分为机械式驱动式(静电驱动式(图1a)、(图1b)和电磁驱动式(图1c)和等多种。

图1 (a)静电驱动式；(b)机械驱动式；(c)电磁驱动式

2.2 VSM工作原理

振动样品磁强计的工作原理的物理本质是电磁感应，通过小尺寸样品在均匀磁场中振动，利用邻近线圈中的感生电动势进行磁化强度测量的非积分式感应法系统，是磁性测量技术中的主要设备之一。

测量线圈中的感应信号，来源于被磁化的振动样品在周围产生的周期性变化磁场。若把小样品近似看作磁偶极子，则测量线圈中感应电动势是具有基波和各级谐波成份的频谱信号。通过理论推导可知，在由基波线圈几何因子所确定的位置和线圈长度范围内，二次谐波在串联反接的线圈对中的感应电动势等于零。又

由于样品振幅很小（约0.1 mm ）,其它高次谐波的作用可忽略不计。因此，振动

样品磁强计中只需要考虑基波成份。这样，可得振动样品磁强计的测量方程为：

x m V kM =

其中，Vx 为线圈输出电压的有效值；M m 为样品的磁矩；k 为振动样品磁强计

的灵敏度，可由比较法测定，又叫振动样品磁强计的校准或定标。比较法是用饱

和磁化强度 σs0已知的标准样品进行比较测定k 。若标准样品的质量为mS0 ，

装入磁强计中的振动输出信号为00s s s V km =σ，则00s s V k=s m σ。校准后，将质量为 mX

的被测样品替换标准样品。在振动输出为V x 时，样品的比磁化强度为：

00s x x x s V =V km m V s x m =σσ

在测量线圈横截面内磁场平均值可用中心点磁场表示的近似下，线圈的直径

要非常小，如内径不超过5 mm 。两个测量线圈的总匝数必须一样，约为1000匝。

考虑到线圈中的感应电动势在样品所处的磁场中心位置附近有个非敏感区（鞍点

区），线圈与样品的距离也要满足一定条件。减小线圈间的距离可使测量线圈的

输出信号增大，但鞍点区将缩小。如果采用四线圈制探测时鞍点区比双线圈大些，

但灵敏度会降低。

振动样品磁强计的测量方法有两种：绝对法和差值法。绝对法是根据测量方

程由电压V x 直接测量样品的比磁化强度或磁矩的方法。这种方法容易受系统的

机械稳定性、振源频率稳定性、反馈电路的稳定性和放大器的线性度的影响。差

值法在磁强计振动杆中部装一个磁矩已知的基准样品，并在样品两侧对称安装

一对串联反接的基准线圈，用以产生基准信号与测量信号进行差值比较，就可消

除共有的干扰信号。这种方法可以避免频率和振幅波动引入测量误差。由于振动

样品磁强计测得的是相对信号而不是绝对信号，所以每次使用前必须对仪器进行

定标。通过对标准样品的测量得到比例系数，从而才能确定待测样品的磁学参数。

2.3 VSM 应用范围

适用于各种磁性材料：磁性粉末、超导材料、磁性薄膜、各向异性材料、磁

记录材料、块状、单晶和液体等材料的测量。可完成磁滞回线、起始磁化曲线、

退磁曲线及温度特性曲线、IRM 和DCD 曲线的测量，具有测量简单、快速和界面

友好等特点。

三．实验数据处理

3.1 垂直Co纳米棒阵列方向回线

图2. 垂直Co纳米棒阵列方向回线3.2 平行Co纳米棒阵列方向回线

图3. 平行Co纳米棒阵列方向回线

3.3 实验数据分析

根据所给数据进行分析可得：1.在垂直Co纳米棒阵列方向回线中，磁化强

度饱和值M

s 为4.09838×10-4emu，对应的磁场强度H

s

为14974.32 O

e

，剩余磁化

强度M

r

为6.12611×10-6；2. 在平行Co纳米棒阵列方向回线中，磁化强度饱和

值M

s 为4.06084×10-4 emu，对应的磁场强度H

s

为9983.926 O

e

，剩余磁化强度

M

r

为3.13045×10-4。3.根据上述数据分析，平行Co纳米棒阵列相较于垂直Co 纳米棒阵列有着更强的剩余磁化强度，更加偏向于硬磁材料。

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