旋磁性和铁磁共振现象ppt课件

这是一个典型的简谐振动方程，其解可以表示为：
m x m 0 x e i t,m y m 0 y e i t, M z C 恒定值
00hy 0
mx

00hx i i 0
020022
hx
i02002
hy
hx
iahy
0 i
my
i02002
并通过阻尼作用消耗掉，变为热能。共振是两种运动频率相等时 产生的强烈的能量交换现象。不同材料的阻尼情况不同，损耗大 小也不同。通常用共振线宽ΔH 来表示，定义如图：
可以证明共振线宽和阻 尼系数的关系为：
H222 0
这是一个很重要的关系式，测 量共振线宽ΔH 即可以估算出 阻尼系数的数值。研究影响共 振线宽的因素一直是铁磁共振 研究的重要内容。
ia 0
mi0a

0
00h h
020 022,a
00 022
3. 有阻尼时，磁导率张量元变为复数： 求解有阻尼项的旋磁方程：
ddM t MHTD
求解方法同上，过程从略，其结果是：
共振频率发生漂移： 0 Hz(12M2z2)12
dH,ge0
dt
2me
推广到大块物质上，则是：
dM MH
dt
进动方向
由此方程可以看出，当磁距不在磁场方向时， 将环绕磁场做进动，永远不会转向磁场方向， 显然这与事实不符，必须考虑阻尼项的影响。 阻尼的存在使进动能量逐渐消耗，进动角减 小直至磁距和磁场平行为止。因此，进动方 程的完整表示应为：
ddM t MHTD
阻尼的来源是复杂的，人们唯像地提出了三种表达方式：
朗道－栗弗席兹形式
TD


M2
M

(M

H
)



M
M

(M

H
)
吉尔伯特形式
TD


M
M

dM dt
布洛赫形式
Байду номын сангаас
(TD )z


Mz
1
M
(TD )x,y


M x, y
2
或：
TD1M0H
hx
002 02 2
hy
iahx
hy
显然，恒磁场和交变磁场共同作用下，磁化率变为张量。其张量元都是 频率的函数，在ω＝ω0时，发生共振，张量元（在无损耗下）无限大。
出现张量磁化率的意义是：由于进动，某方向上的微波磁感应强度不但 与同方向上微波磁场强度有关，也与垂直方向的微波磁场强度有关。或 者说某方向上微波磁场不但影响该方向上的磁感应强度，而且还影响垂 直方向上的磁感应强度。
张量元变为复数： ' i ", a a ' ia "
张量元的实部和虚部都是频率的函数，会发生频散和吸
收，其计算曲线如下图所示，接近共振频率时， ' 变化剧
烈并可能出现负值， " 出现最大值，即损耗达到极大。
4. 正负圆偏振交变磁场作用下的标量磁导率
按正负圆偏振交变磁场情况
来讨论铁磁体的共振，更能
反映其特征。
h (eˆx
m (
jeˆy )h0ejt
a)h
a
只有正圆偏振（右旋） 存在频散和吸收，对负圆 偏振（左旋） ，频率影响 不大。这一特点对磁性材 料的应用十分重要。
三. 共振线宽和损耗机理
在共振频率处，磁导率虚部出现极大值，意味着当微波磁场频率 和磁距进动频率相等时， 磁距进动从微波场中吸收的能量最多、
四. 各种因素对铁磁共振频率的影响
1. 形状的影响： 0 2 2 H z ( N x N z ) M H z ( N y N z ) M
2. 磁晶各向异性的影响：（以立方晶系为例）
0(H 1 0 0 2 0 K M 1 S),0(H 1 1 1 3 4 0 K M 1S) 共振频率和磁场取向有关。
三种形式对阻尼的表述是不同的，但作用是一致的，处理 磁共振问题时可以根据情况选择使用，当进动角很小，损耗也 很小时，可以证明它们系数之间的关系是：
M 0
二. 各向同性、均匀、饱和磁化、无限大样品中的一致进动
上述方程中的磁场应该指铁磁体内的有效磁场：
H e ff H H k H d H e x H
3. 自然共振：没有外磁场时，材料内部的磁晶各向异性场和微波交变磁场 联合作用也会引起共振，称自然共振。由于不加外场时磁畴结构比较 复杂，畴壁上的退磁能直接影响着共振频率，因此自然共振峰往往出 现在一个很宽的频率范围内，成为许多铁氧体高频或超高频波段频散 和损耗的来源。
共振测量一般是固定微波频 率，改变磁场数值
实际材料： 可以估出：
H10~104Am1
106 ~1010s
由此可见 弛豫过程是非常短暂的，其机理尚不完全清楚，比 较可以肯定的是：或通过自旋－晶格耦合使磁距一致进动的能 量直接转化为声子；或先通过自旋－自旋耦合，使磁距的一致 进动转变为非一致进动，磁距的非一致进动再通过自旋－晶格 耦合转变为声子，总之都转变为晶格的热振动，使材料的温度 升高。
6.1 旋磁性和铁磁共振现象
参考姜书第7章
本节讨论恒定磁场和高频交变磁场共同作用下的铁磁体:
1.磁化率（磁导率）变为张量，存在损耗的情况下，各张量 元均为复数。因磁化率张量是非对称的，电磁波在磁化介质 中沿磁化方向传播时，会发生偏振面的旋转，称作旋磁性。
2.恒定磁场的强度和高频交变磁场的频率满足一定关系时， 铁磁体从交变场中吸收的能量达到极大值，我们称之为铁磁 共振现象。
为了集中阐明铁磁体在恒磁场和交变场同时作用时的基本性质，我们首 先排除恒磁场之外的其它影响，提出如上假定。
1. 无阻尼时的自由进动频率：只存在恒磁场情况
i jk
dM(MH)
dt
mx
my
Mz
0 0 Hz
因为有：
d d 2 m t2x2H z2 m x, d d 2 m t2y2H z2 m y
3.交变磁场的幅值超过一定限度时会出现一系列的非线性效 应。
4. 铁磁材料的旋磁性和铁磁共振现象在微波器件上有着广 泛的应用，是铁氧体磁性材料的重要应用领域。
摘自kittel 8版p253
一. 磁矩进动方程
(下面 M＝MS，H 都是矢量）
在第二章关于抗磁性的讨论中，我们曾给出原子磁距在外磁场中
的运动方程： 是原子磁距，γ是旋磁比，g 是朗德因子。