振动样品磁强计(VSM)实验

XRDSEMTEMVSMXPSICP等测试方式介绍XRD（X射线衍射）X射线衍射（XRD）是一种常见的测试方法，用于分析晶体结构和晶体衍射图样。

它利用物质对入射X射线的衍射产生的衍射信号来确定晶体的结构和晶格参数。

这种方法广泛应用于材料科学、地球科学和生物科学等领域。

XRD测试通常使用粉末或单晶样品，通过测量样品对入射X射线的衍射角度和强度来分析晶体结构。

SEM（扫描电子显微镜）扫描电子显微镜（SEM）是一种高分辨率显微镜，可以生成高质量的表面形貌图像。

SEM利用电子束与样品表面相互作用产生的不同信号来生成图像。

这些信号可以包括二次电子图像（SEI）和反射电子图像（BEI）。

SEM广泛应用于材料科学、生命科学、制造业等领域。

它可以用于检测材料的表面形貌、微观结构和成分分析。

TEM（透射电子显微镜）透射电子显微镜（TEM）是一种高分辨率显微镜，可以观察样品的内部结构和原子排列。

TEM的工作原理是将电子束通过样品，然后使用投影透射电子显微镜来生成图像。

TEM广泛应用于材料科学、生命科学、纳米科学等领域。

它可以用于观察材料的微观结构、晶体缺陷和原子位置。

VSM（振动样品磁强计）振动样品磁强计（VSM）是一种用于测量样品磁性的仪器。

它通过在样品上施加磁场并测量样品的磁化曲线来确定样品的磁性。

VSM广泛应用于材料科学、物理学和化学等领域。

它可以用于测量材料的磁化行为、磁相变和磁性参数。

XPS（X射线光电子能谱）X射线光电子能谱（XPS）是一种用于表面元素分析的技术。

它利用入射X射线激发样品表面的光电子，并测量光电子的能量分布来确定样品的表面元素组成和化学状态。

XPS广泛应用于材料科学、表面科学和化学等领域。

它可以用于检测材料的表面成分、氧化态和化学状态。

ICP（电感耦合等离子体发射光谱法）电感耦合等离子体发射光谱法（ICP）是一种用于测量样品中金属和非金属元素含量的方法。

它利用电感耦合等离子体激发样品中的元素，并通过测量元素发射的光谱来确定元素的含量。

除永磁材料以外，VSM适合于测试以下材料： 亚铁磁、反磁性材料、顺磁材料和抗铁磁材料； 各向异性材料；磁记录材料；磁光学材料；稀土 和过渡元素、非晶金属、高导磁率材料、金属蛋 白等形式的铁磁物质。弱磁、顺磁等样品虽然可 以用VSM测量，其灵敏度相比于大多数永磁体或 磁记录介质而言是有所下降的。
-------谢谢，如果大家有 兴趣，可以到中国计量科学 研究所的官方网站做进一步 的了解，我只介绍到这里了。
振动磁强计的发展历史
• 1956,G.W.van Oosterhout,Appl.Sci.Res.,B6,101104(1956). • 1956,S.Foner,Rev.Sci.Instrum.,27,548(1956). • 1959,S.Foner,Rev.Sci.Instrum.,30,548-557(1959) • 1975,被IEC(国际电工委员会)推荐为测量铁氧体材料 饱和磁化强度的标准方法之一. • 1960s,锁相放大技术(1930s)的使用. • 1980s,自动控制技术广泛使用 • ……
为避免电磁铁烧坏，所以在开机时一定要注 意，先开循环水，然后再相应打开各部件。 在测量过程中，外部环境的温度可能会直接 影响到样品的磁特性，所以，在样品安装处，接 了真空泵并即时运转，避免样品和外部空气有直 接接触。 室内环境温度一般要保持恒定，我们一般采 用空调进行设定，在测量中，保持室内干净整洁， 无工作之外噪音，测试人员开机后，应即时撤出。
由于Ｓ的尺度与 rn 相比非常小，故Ｓ在空间 的场可表为偶极场形式：
V H (rn ) = 4π
M 3(M ⋅ rn ) 3 + 5 rn rn
Z
dS n
L
rn
S
X

实验讲义用振动样品磁强计测量 铁氧体永磁磁性能吉林大学物理实验中心第一节 预备知识一 物质磁性磁性是在自然界所有物质中广泛存在的一种物理性质。

任何物质放在磁场H 中，都会或多或少地被磁化。

通常用磁极化强度J 或磁化强度M （J 、M 为单位体积内的磁矩，M J 0µ=）表示磁化状态，即磁化的方向和磁化程度的大小。

H M χ=，χ为磁化率。

磁感应强度H J B 0µ+=或)(0H M B +=µ。

依据χ的正负和大小，物质磁性体可以分为抗磁性，顺磁性，铁磁性，反铁磁性，亚铁磁性和磁性玻璃等。

1.抗磁性抗磁性物质没有固有的原子磁矩，磁矩是被磁场感应出来的，所以磁矩方向与磁场方向相反，即磁化率χ是负的。

抗磁性物质磁化率χ的数值很小，约为10-6。

在一般实验室条件下，χ与H 和温度T 无关。

在超导体内，0)(0=+=M H B µ，因此1−=χ。

这个现象称为Meissner 效应。

2．顺磁性顺磁性物质中原子或离子具有固有磁矩，磁矩间相互作用很弱，没有外磁场时，磁矩在热扰动作用下混乱排列，宏观磁化强度为零。

在磁场中，磁矩受到力矩的作用向磁场方向转动，在磁场方向显现出宏观的磁化强度，所以顺磁性磁化率为正。

然而由于磁矩在外磁场中的位能远比热能小，磁化很弱，χ大小约为5610~10−−。

在一般实验室的磁场中，χ与H 无关，但与温度满足Curie 定律T C =χ 或Curie-Weiss 定律C T C θχ−=，C 和C θ分别为Curie 常数和顺磁Curie 温度。

3. 铁磁性铁磁性物质具有固有磁矩，并且磁矩之间存在较强的相互作用，虽然不存在外磁场，所有的磁矩也都沿着同一方向排列，形成自发磁化。

为了降低退磁场能，铁磁体内部分成多个磁畴。

在磁畴内，所有磁矩平行排列，自发磁化到饱和值s J 。

不同磁畴的磁化方向不同，没有磁化的样品总体磁化强度为零。

磁畴之间存在畴壁，在畴壁内沿着厚度方向磁矩从一个磁畴的磁化方向逐步过渡到近邻磁畴的磁化方向。

磁性材料磁性测量开放实验指导书振动样品磁强计是以感应法为基础并配用近代电子技术发展起来的一种新型检测物质磁性的测试仪器，已广泛用于材料磁性，包括磁化曲线、磁滞回线、Ms 、Mr 、Hcb 、Hcj 、(BH)max 等参数、M-T 曲线等的检测。

由于其适应性强、灵敏度高、准确可靠、使用方便以及测量自动化等优点，已在科研、国防和生产实践中得到广泛应用。

一、实验目的1．学习振动样品磁强计的使用方法，熟悉仪器的构造。

2．学习用振动样品磁强计测量材料的磁性。

二、实验原理及应用2.1 VSM 的结构及工作原理振动样品磁强计是将样品放置在稳定的磁场中并使样品相对于探测线圈作小幅度周期振动，则可得到与被测样品磁矩成正比的信号，再将这信号用适当的电子技术放大、检波转换成易于测量的电压信号，即可构成振动样品磁强计。

图1图2上面所示为两种类型的VSM原理结构示意图，两者区别仅在于：①前者为空芯线圈（磁场线圈）在扫描电源的激励下产生磁场H，后者则是由电磁铁和扫描电源产生磁场H。

因此，前者为弱场而后者为强场。

②前者的磁场H正比于激磁电流I，故其H的度量将由取样电阻R上的电压标注，而后者由于H和I的非线性关系，H必须用高斯计直接测量。

当振荡器的功率输出馈给振动头驱动线圈时，该振动头即可使固定在其驱动线圈上的振动杆以ω的频率驱动作等幅振动，从而带动处于磁化场H中的被测样品作同样的振动；这样，被磁化了的样品在空间所产生的偶极场将相对于不动的检测线圈作同样振动，从而导致检测线圈内产生频率为ω的感应电压；而振荡器的电压输出则反馈给锁相放大器作为参考信号；将上述频率为ω的感应电压馈送到处于正常工作状态的锁相放大器后（所谓正常工作，即锁相放大器的被测信号与其参考信号同频率、同相位），经放大及相位检测而输出一个正比于被测样品总磁矩的直流电压V J out,，与此相对应的有一个正比于磁化场H的直流电压V H out（即取样电阻上的电压或高斯计的输出电压），将此两相互对应的电压图示化，即可得到被测样品的磁滞回线（或磁化曲线）。

振动样品磁强计使用方法
这玩意儿可厉害啦！它能精准测量材料的磁性呢。

使用振动样品磁强计，第一步得准备好样品，就像厨师准备食材一样重要。

把样品放好后，设置好参数，这就像给赛车调好速度和挡位。

然后启动仪器，看着数据一点点出来，哇，那感觉就像等待一场惊喜派对开场。

注意事项可不少呢！样品的大小和形状得合适，不然就像穿了不合脚的鞋子，跑不快也走不稳。

操作过程中要小心，别乱碰乱撞，这可不是在玩碰碰车。

安全性方面，只要按照正确方法操作，就没啥大问题。

它可不像调皮的小猴子，到处捣乱。

稳定性也很棒，数据不会忽上忽下，就像靠谱的好朋友，值得信赖。

这东西应用场景可多了。

研究材料科学的人能靠它了解材料的磁性，那感觉就像侦探找到了关键线索。

在物理学、化学等领域都能大显身手，难道不是吗？优势也很明显，测量准确、速度快，就像超级英雄拥有超能力一样。

给你说个实际案例，有个科学家用振动样品磁强计研究一种新型材
料，结果发现了惊人的磁性特性，这就像在沙漠中找到了宝藏。

振动样品磁强计真的超棒！它能让我们更好地了解材料的磁性，为科学研究和实际应用打开新的大门。

你还等什么呢？赶紧去试试吧！。

振动样品磁强计(VSM)实验报告实验目的：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仪器工作原理：如果将一个开路磁体置于磁场中，则此样品外一定距离的探测线圈感应到的磁通可被视作外磁化场及由该样品带来的扰动之和。

多数情况下测量者更关心的是这个扰动量。

例如，可以让被测样品以一定方式振动，探测线圈感应到的样品磁通信号因此不断快速的交变，保持环境磁场等其他量不做任何变化，即可实现这一目的，这是一种用交流信号完成对磁性材料直流磁特性测量的方法。

振动样品磁强计（Vibrating Sample Magnetometer）是基于电磁感应原理制成的仪器。

VSM是一种高灵敏度的磁矩测量仪器，测量在一组探测线圈中心以固定频率和振幅作微振动的样品的磁矩。

采用尺寸较小的样品，它在磁场中被磁化后可近似看作一个磁矩为m的磁偶极子，使样品在某一方向做小幅振动，用一组互相串联反接的探测线圈在样品周围感应这磁偶极子场的变化，可以得到探测线圈的感应电动势直接正比于样品的磁化强度。

用锁相放大器测量这一电压，即可计算出待测样品的磁矩。

由于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，那么位于坐标原点O的磁偶极子在空间任意一点P产生的磁场可表示为：H⃗⃗⃗ (r⃗ )=−14π(M m⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗r3−3(M⃗⃗⃗ m∙r⃗ )r5r⃗ )(1)式中r=xi+yj+zk⃗，其中i、j、k⃗分别为x，y，z的单位矢量。

若在距偶极子处的P点放置一匝面积为S的小测量线圈，则通过线圈的磁通量为：ϕ=∫B⃗⃗ ∙dS⃗=μ0∫H(r⃗ )∙dS⃗SS(2)若偶极子沿着z轴做αe jωt简谐振动时，（a是振幅，ω为振动角频率），有r⃗ =xi +yj +(z +αe jωt )k ⃗ (3)则偶极子磁场在N 匝线圈中激起的感应电动势为：e (t )=−ð∅ðt =−μ0∑∫ðH(r ⃗ ,t)ðt ∙dS ⃗ S N i (4)因样品沿着x 方向磁化，且线圈截面较小时，可用线圈中间的性质代表每匝线圈的平均性质，若线圈尺寸和位置固定不变，上式中积分式的数值是常数，故： e (t )=E m cos ωt(5)振幅Em 与样品磁矩成正比。

振动样品磁强计（Vibrating sample magnetometer，VSM）是一种常用的磁性测量装置。

利用它可以直接测量磁性材料的磁化强度随温度变化曲线、磁化曲线和磁滞回线,测量原理装在振动杆上的样品位于磁极中央感应线圈中心连线处，位于外加均匀磁场中的小样品在外磁场中被均匀磁化，小样品在远处可等效为一个磁偶极子。

其磁化方向平行于原磁场方向，并将在周围空间产生磁场。

在驱动线圈的作用下,小样品围绕其平衡位置作频率为ω的简谐振动而形成一个振动偶极子。

振动的偶极子产生的交变磁场导致了穿过探测线圈中产生交变的磁通量, 从而产生感生电动势ε由感生电动势的大小可得出样品的总磁矩，再除以样品的体积即可得到磁化强度。

因此，记录下磁场和总磁矩的关系后，即可得到被测样品的磁化曲线和磁滞回线。

实验仪器的组成1．电磁铁提供均匀磁场，并决定样品的磁化程度，即磁矩的大小。

需要测量的也是样品在不同外加均匀磁场的磁矩大小。

2．振动系统小样品置放于样品杆上，在驱动源的作用下可以作Z方向（垂直方向）的固定频率的小幅度振动，以此在空间形成振动磁偶极子，产生的交变磁场在检测线圈中产生感生电动势。

3．探测线圈探测i、j、k分量的磁通4．锁相放大器小样品的磁性是非常微弱的，在检测线圈中产生的交变磁场产生的感应电动势也是非常微弱，一般为10-6~10-4伏。

与外部空间的干扰信号——噪声——可以比拟甚至更小。

这么微弱的信号要能够从噪声中有效地采集出来，目前对这种小讯号的测量最好的方法是采用锁相放大器，锁相放大器是成品仪器，它能在很大噪音讯号下检测出微弱信号来特斯拉计特斯拉计的原理是采用霍尔探头来测量磁场。

H(oe)剩磁比为0.24下周自己做实验将VSM 和MOKE测量的实验结果进行对比，说出二者之间的差异。

低温强场下材料的磁性测试与结构表征虚拟仿真实验模块1：磁性能测试（PPMS）（一）实验原理振动样品磁强计（VSM）是综合物性测量系统（PPMS）的主要功能之一，是一种磁性测量常用的仪器，在科研和生产中有着广泛的应用。

它是利用小尺寸样品在磁场中做微小振动，使临近线圈感应出电动势而进行磁性参数测量的系统。

该仪器的磁矩测量灵敏度高，最高可达到10-6emu，对测量薄膜样品等弱磁信号更具优势。

如果一个小样品（可近似为一个磁偶极子）在原点沿Z轴作微小振动，放在附近的一个小线圈（轴向与Z轴平行）将产生感应电压：VSM测量采用开路方法，样品放置的位置对测量的灵敏度有影响。

假设线圈和样品按图1放置，沿x方向离开中心位置，感应信号变大；沿y和z方向离开中心位置，感应信号变小。

中心位置是x方向的极小值和y、z方向的极大值，是对位置最不敏感的区域，称为鞍点。

测量时，样品应放置在鞍点，这样可以使样品具有有限体积而引起的误差最小。

图1 线圈放置位置图2 鞍区示意图图3 VSM结构示意图基本的VSM由磁体及电源、振动头及驱动电源、探测线圈、锁相放大器和测量磁场用的霍耳磁强计等几部分组成，在此基础上还可以增加高温和低温系统，实现变温测量。

振动头用来使样品产生微小振动，振动频率应尽量避开50Hz及其整数倍，以避免产生干扰。

为了使振动稳定，还要采取稳幅措施。

驱动方式有机械驱动、电磁驱动和静电驱动几种。

磁体有超导磁体、电磁铁和亥姆赫兹线圈等几种。

前两种能产生很强的磁场，用来测量高矫顽力的永磁材料。

亥姆赫兹线圈产生的磁场很小，但磁场的灵敏度很高，适于测量软磁材料。

磁矩m的测量由探测线圈和锁相放大器组成，锁相放大器有很高的放大倍数，保证了VSM 有较高的灵敏度。

磁场的测量采用霍耳磁强计。

将m和H信号送给计算机，由计算机进行数据的处理，并对测量过程进行自动化控制。

（二）实验仪器PPMS的基本系统按功能可以分为以下几个部分：温度控制、磁场控制、直流电学测量和PPMS控制软件系统。

在对称双线圈串联反接的结构中，线圈中的感应电势对样品所处磁场区中心位置附近，有一个“鞍点区”，即x方向信号最小，y、z方向信号最强，其中x方向平行于磁场方向。当对称双线圈结构的轴线间距为22毫米时，对中点的x、y、z三个方向各偏离1毫米的输出电压变化，都不大于1%。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。实验装置：
e）
f）在弹出的对话框中分别填6.92和5000。
g）经过两次确定后，记录标识。
3.测量装样要特别注意对振动杆的保护，旋进旋出样品托时用力要小，取振动杆时一定要保证已经停了振动，装振动杆时一定要严防杆滑落，样品托在极头间摆动不大。
A调鞍点
a）装好样品后，调X轴，目测使样品在两线圈的中心。
b）按照样品需要，加一个场（Rampto）。目的是使样品磁化。
2.实际测量并不是严格按程序运行，有些样品（软磁）会出现很严重的磁场飘移，应通过程序的调整来消除。
3•调鞍点若调不准，会影响（6）式中的k值，进而影响磁矩，故鞍点应尽量调好。
计算：Co纳米棒阵列的磁滞回线
质量：2.16E-6g
00
-10000-5000
平行Co纳米棒阵列方向回线
——paralleloriention]」
时振动输出信号为Vs:
V
ssQsO
(7)
则有：
k=—_
msOffsO
(8)
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Vx时，样品的比磁化强度为：
0=工=msQffsQV
kMmmxVsX
(9)为了确保样品符合磁偶极子条件，使测量结果更符合于理论的计算，样品到

振动样品磁强计及物质磁性测量实验【实验目的】1．了解振动样品磁强计测量材料磁化曲线的原理；2．用已知磁化曲线的镍球对振动样品磁强计进行定标；3．用振动样品磁强计测量锰锌铁氧体小球的磁化曲线，计算饱和磁化强度。

【实验原理】磁性是自然科学史上最古老的科学现象之一。

据传说，磁性首先是被一个牧羊人发现的，他注意到他的木棍的铁端，被一块石头所吸引。

这种石块在小亚细亚（Asia Minor）、马其顿的Magnesia地区以及爱奥利亚的Magnesia城被发现过。

人们相信“磁性（Magnetism）”一词就是来源于这些地名1。

我国是世界上最早发现物质磁性现象和应用磁性材料的国家，早在战国时期就有关于天然磁性材料（如磁铁矿）的记载，11世纪就发明了制造人工永磁材料的方法，沈括在《梦溪笔谈》中记载了指南针的制作和使用。

1099～1102年有指南针用于航海的记述，同时还发现了地磁偏角的现象2。

在现代，磁性材料已进入人们生活的各个方面，如计算机的硬盘、汽车传感器、玩具等。

对磁性的测量是认识、设计和利用磁性材料必不可少的环节。

如果将一个球状磁体置于磁场中，则此样品外一定距离的探测线圈感应到的磁通可被视作外磁化场及由该样品产生的附加磁场之和。

多数情况下测量者更关心的是这个附加磁场量值。

在磁性测量领域，区分这种扰动与环境磁场的方法有很多种。

例如，可以让被测样品以一定方式振动，探测线圈感应到的样品磁通信号因此不断快速的交变，保持环境磁场等其他量不作任何变化，即可实现这一目的。

这是一种用交流信号完成对磁性材料直流磁特性测量的方法。

因为在测试过程中，恒定的环境磁场可以直接扣除，而有用信号则可以通过控制线圈位置，振动频率、振幅等得以优化。

振动样品磁强计（以下简称VSM）正是基于上述理论。

VSM是一种高灵敏度的磁矩测量仪器。

它采用电磁感应原理，测量在一组探测线圈中心以固定频率和振幅作微振动的样品的磁矩。

对于足够小的样品，它在探测线圈中振动所产生的感应电压与样品磁矩、振幅、振动频率成正比。

固体物理实验报告：振动样品磁强计 一、VSM 原理1.简介振动样品磁强计（Vibrating Sample Magnetometer ）是基于电磁感应原理制成的仪器。

采用尺寸较小的样品，它在磁场中被磁化后可近似看作一个磁矩为m 的磁偶极子，使样品在某一方向做小幅振动，用一组互相串联反接的探测线圈在样品周围感应这磁偶极子场的变化，可以得到探测线圈的感应电动势直接正比于样品的磁化强度。

2.基本原理由于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，那么位于坐标原点O 的磁偶极子在空间任意一点P 产生的磁场可表示为：式中矢量→→→→++=k z j y i x r ，其中→i 、→j 、→k 分别为x 、y 、z 的单位矢量。

若在距偶极子 处的P 点放置一匝面积为S 的小测量线圈，则通过线圈的磁通量为：若偶极子沿着z 轴做简谐振动t j ae ω时，（a 是振幅，ω为振动角频率），有：则偶极子磁场在N 匝线圈中激起的感应电动势为：因样品沿着x 方向磁化，且线圈截面较小时，可用线圈中间的性质代表每匝线圈的平均性质，若线圈尺寸和位置固定不变，上式中积分式的数值是常数，故：振幅E m 与样品磁矩成正比。

因而线圈输出电压的有效值V x 正比于样品的磁矩测量方程：))(3(41)(53→→→→→→⋅--=r r r M r M r H m mπ→→→→⋅=⋅=⎰⎰Sd r H S d B S S )(0μφ→→→→+++=kaez j y i x r tj )(ω∑⎰=→→⋅∂∂-=∂∂-=Ni S Sd t t r H t te 10),()(μφtE t e m ωcos )(=其中k 为振动样品磁强计的灵敏度，可用比较法测定，该过程称为振动样品磁强计的校准或定标。

比较法是用饱和磁化强度0s σ已知的标准样品（如高纯镍球样品），若已知表样的质量为m s0,校准时振动输出信号为Vs :则有：为使直径约为2毫米的样品符合偶极子条件，样品到线圈的中心间距r 与样品磁化方向的长度l 之间应满足22)2(l r >>。

Ⅲ实验仪器结构与工作原理
注意：这里的H为外磁场。也就是说，只有在可以 忽略样品的“退磁场”情况下，利用VSM测得的 回线，方能代表材料的特征，否则，必须对磁 场进行修正后所得到的回线形状，才能表示材 料的真实特征。所谓“退磁场”，即当样品被 磁化后，其M将在样品两端产生“磁荷”，此 “磁荷对”将产生于磁化场方向相反的磁场， 从而减弱了外加磁化场H的磁化作用，故称为退 磁场。可将退磁场表示为,称为“退磁因子”， 取决于样品的形状，一般来说非常复杂，甚至 其为张量形式，只有旋转椭球体，方能计算出 三个方向的具体数值。
Ⅲ实验仪器结构与工作原理
由式（5）可以看出，信号的电动势为线圈到样品间 距离r的灵敏圈数。因此减小距离r，增强样品与线圈的 耦合，将会使灵敏度大为提高。但是随着距离的减小， 样品所在位置的偏差对信号影响就会越大，对样品取放 位置的重复性要求就会更加苛刻。可以使用成对的线圈 对称的放置在样品两边是这种情况得到改善。在（5）式 中，将X用-X代入，信号将改变符号，这说明同样线圈在 样品两边对称位置其输出信号相等，相位相反。因此在 实用中制成成对的线圈彼此串联反接，对称地放置在样 品两边，这样不仅可以保证在每对线圈中由样品偶极子 振动产生的信号彼此相加，而且它对位置尚有相互“补 偿”的作用，使信号对位置的便宜变得不敏感了。探测 线圈这样串联反接的结果还可使来自磁化场的波动和来 自其它空间的干扰信号互相抵消，因而改善了抗干扰的 能力。
H(Gs) 285 310 350 380 400 430
Y (mv) 0
0.05 0.10 0.15 0.17 0.21
H(Gs) 470 500 600 700 1000 1200 Y (mv) 0.25 0.27 0.31 0.34 0.37 0.40

材料磁学性能实验报告学号：姓名：班级：一、叙述实验原理和实验方法实验目的：1．了解振动样品磁强计（VSM ）测量材料磁性能的测试方法。

2．测定材料的磁化曲线和磁滞曲线，了解饱和磁化强度、剩磁、矫顽力等磁参量。

实验原理：振动样品磁强计（VSM ）是一种磁性测量常用的仪器，在科研和生产中有着广泛的应用。

它是利用小尺寸样品在磁场中做微小振动，使临近线圈感应出电动势而进行磁性参数测量的系统。

与一般的感应法不同，VSM 不用对感应信号进行积分，从而避免了信号漂移。

另一个优点是磁矩测量灵敏度高，最高达到10-7emu ，对测量薄膜等弱磁信号更具优势。

如果一个小样品（可近似为一个磁偶极子）在原点沿Z 轴作微小振动，放在附近的一个小线圈（轴向与Z 轴平行）将产生感应电压：km t m G e g ==ωωδcos其中G 为线圈的几何因子，ω为振动频率，δ为振幅， m 为样品的磁矩，N 、A 为线圈的匝数和面积。

原则上，可以通过计算确定出g e 和m 之间的关系k ，从而由测量的电压得到样品的磁矩。

但这种计算很复杂，几乎是不可能进行的。

实际上是通过实验的方法确定比例系数k ，即通过测量已知磁矩为m 的样品的电压g e ，得到k =e g m ，这一过程称为定标。

定标过程中标样的具体参数（磁矩、体积、形状和位置等）越接近待测样品的情况，定标越准确。

永磁材料的全部技术参数都可以由VSM 测量得到。

永磁材料的技术参数（饱和磁化强度、剩磁、矫顽力和磁能积等）可以由磁化曲线和磁滞回线反映出来，如图1，温度特性可以由不同温度下的磁滞回线给出。

720200)5(43r x r z NA G -=μπ图4 永磁材料的磁化曲线和磁滞回线图二、描述实验过程1. 准备样品。

样品重量约30mg 左右，形状尽量呈圆形。

2. 将样品用胶水粘到样品杆上，并晾干一天或吹风机烘干使其固定良好。

3.将样品竖直固定于仪器固定杆上，将接头连接稳固，放入磁场中，开始测试。

振动样品磁强计振动样品磁强计振动样品磁强计(Vibrating Sample Magnetometer,VSM)是测量材料磁性的重要手段之一，广泛应用于各种铁磁、亚铁磁、反铁磁、顺磁和抗磁材料的磁特性研究中，它包括对稀土永磁材料、铁氧体材料、非晶和准晶材料、超导材料、合金、化合物及生物蛋白质的磁性研究等等。

它可测量磁性材料的基本磁性能，如磁化曲线，磁滞回线，退磁曲线，热磁曲线等，得到相应的各种磁学参数，如饱和磁化强度M s，剩余磁化强度，矫顽力H c，最大磁能积，居里温度，磁导率（包括初始磁导率）等，对粉末、颗粒、薄膜、液体、块状等磁性材料样品均可测量。

一、实验目的1、了解磁性材料的分类和基本磁学参数。

2、了解振动样品磁强计的工作原理和仪器组成结构。

3、测量两种材料样品的磁滞回线，计算相关的磁学参数。

二、VSM的仪器结构与工作原理1、VSM的仪器结构振动样品磁强计主要由电磁铁系统、样品强迫振动系统和信号检测系统组成。

图1、图2所示的为两种类型的VSM原理结构示意图，两者的区别仅在于：①前者为空芯线圈（磁场线圈）在扫描电源的激励下产生磁场H，后者则是由电磁铁和扫描电源产生磁场H。

因此，前者为弱场而后者为强场。

②前者的磁场H正比于激磁电流I，故其H的度量将由取样电阻R上的电压标注，而后者由于H和I的非线性关系，H必须用高斯计直接测量。

振动系统：为使样品能在磁场中做等幅强迫振动，需要有振动系统推动。

系统应保证频率与振幅稳定。

显然适当的提高频率和增大振幅对获取信号有利，但为防止在样品中出现涡流效应和样品过分位移，频率和幅值多数设计在200Hz和1mm以下。

低频小幅振动一般采用两种方式产生：一种是用马达带动机械结构传动；另一种是采用扬声器结构用电信号推动。

前者带动负载能力强并且容易保证振幅和频率稳定，后者结构轻便，改变频率和幅值容易，外控方便，受控后也可以保证振幅和频率稳定。

因为仪器应仅探测由样品磁性产生的单一固定的频率信号，与这频率不同的信号可由选频放大器和锁相放大器消除。

振动样品磁强计测试参考标准《振动样品磁强计测试参考标准那些事儿》嘿，朋友们！你们知道吗？在科学的奇妙世界里，振动样品磁强计就像是一个神秘而强大的“魔法道具”，而它的测试参考标准呢，那就是开启这个“魔法道具”魔力的关键咒语啊！要是不搞清楚这些标准，就好像你拥有了一把绝世宝剑却不知道怎么挥舞，多可惜呀！所以，赶紧跟着我来一探究竟吧！一、“精准之钥”：测量精度的标准哇塞，测量精度可是个超级重要的家伙呀！就像是在茫茫人海中准确找到你心中的那个 Ta 一样重要！在这个小标题下呀，“测量精度就像是一个超级侦探，一丝一毫的偏差都逃不过它的法眼”！这意味着我们在进行振动样品磁强计测试时，必须要达到极高的准确性。

比如说，当我们测量一个小磁体的磁性时，如果精度不够，那得出的结果可能就像雾里看花，模模糊糊，让人一头雾水。

就好比你想知道自己到底有多重，结果称出来的数字飘忽不定，那可怎么行呢！所以呀，我们要严格按照标准来，确保这个“超级侦探”能发挥出它的最大威力！二、“稳定之锚”：仪器稳定性的标准哎呀呀，仪器的稳定性那可是如同定海神针一般的存在呀！“仪器稳定性就像一个可靠的伙伴，无论何时都能稳稳地站在你身边”！如果振动样品磁强计的稳定性不佳，那就好像一艘在大海上飘摇的小船，随时都有可能翻船呢！想象一下，你正做着重要的实验，仪器突然抽风，数据变得乱七八糟，这不是让人抓狂吗？所以呀，我们要保证仪器像泰山一样稳固，才能让我们的测试结果可靠又可信呢！就像你找朋友，肯定也希望找个靠得住的吧！三、“环境卫士”：测试环境的标准嘿哟，测试环境可不能小瞧哦！它就像是一个守护着实验的“环境卫士”！“测试环境就像是一个娇贵的小公主，需要我们细心呵护”！温度、湿度、磁场等各种因素都能对测试结果产生影响呢！比如说，如果环境温度过高或过低，就可能导致仪器的性能下降，那得出的结果可能就像被施了魔法一样变了样。

我们得给振动样品磁强计创造一个舒适的“家”，让它能安心工作呀！不能让它在恶劣的环境中受委屈呀！四、“校准大师”：校准标准的标准哇哦，校准标准可是个厉害的角色呢！它就像是一个能让一切变得有序的“校准大师”！“校准就像是给仪器来一次全身按摩，让它恢复活力，找回最佳状态”！定期进行校准是非常必要的哦，不然仪器可能就会慢慢跑偏啦！就像你开车，如果不经常校准方向盘，那可能就会开到沟里去啦！所以呀，我们要严格按照校准标准来操作，让振动样品磁强计始终保持在巅峰状态！好啦，振动样品磁强计测试参考标准就像是一套神奇的武功秘籍，掌握了它们，我们就能在科学的江湖中自由驰骋啦！别再犹豫啦，赶紧按照这些标准来行动吧！让我们一起成为振动样品磁强计测试的高手，为科学研究贡献自己的力量！相信自己，你一定可以的！绝绝子呀！。

《偶极子、矩形薄膜、圆柱体和自旋阀VSM测量分析》篇一偶极子、矩形薄膜、圆柱体和自旋阀的VSM测量分析一、引言随着科技的不断进步，材料科学的飞速发展催生了许多新奇的物理效应与实验手段。

作为一项强大的研究工具，振动样品磁强计（VSM）广泛应用于测量和分析磁性材料的不同类型与形状下的磁学性能。

本文旨在探究偶极子、矩形薄膜、圆柱体和自旋阀这几种典型的物理样品的VSM测量过程，分析其特性并加以评估。

二、偶极子模型的VSM测量分析偶极子模型是一种描述小尺寸磁矩的经典理论模型。

在VSM 测量中，偶极子作为基础元素被广泛使用，用以解释材料的局部磁化行为。

通过对偶极子在不同磁场条件下的VSM测量，可以了解其磁矩分布和磁化响应的动态变化。

分析这些数据，有助于理解磁性材料在微观尺度上的磁化机制。

三、矩形薄膜的VSM测量分析矩形薄膜作为一种典型的二维磁性结构，在材料科学中具有重要地位。

通过VSM测量，可以分析其不同方向的磁化强度、矫顽力以及磁滞回线等参数。

这些数据有助于评估薄膜的磁学性能和潜在应用价值，如用于微电子学中的磁存储器件等。

四、圆柱体的VSM测量分析圆柱体作为一种三维磁性结构，其VSM测量可以揭示其三维空间内的磁化状态。

通过对圆柱体在不同磁场下的VSM数据进行分析，可以研究其内部的磁畴结构、磁化反转过程以及材料的宏观和微观性能关系。

这对于深入理解材料的磁性特性和设计新型的磁性器件具有重要价值。

五、自旋阀的VSM测量分析自旋阀是一种基于自旋电子学的磁性器件，其性能对磁场和电流非常敏感。

通过VSM测量，可以分析自旋阀在不同磁场条件下的电流响应和自旋极化现象。

这些数据有助于了解自旋阀的工作原理和优化其设计参数，为自旋电子学在信息存储和处理领域的应用提供支持。

六、结论本文通过对偶极子、矩形薄膜、圆柱体和自旋阀这几种典型样品的VSM测量分析，深入探讨了不同形状和结构的磁性材料在磁场下的行为特性。

这些研究结果不仅有助于理解材料的磁学性能和内部机制，还为设计和优化新型的磁性器件提供了重要依据。

振动样品磁强计（VSM）实验一、实验目的掌握用振动样品磁强计测量材料的磁性质的原理与方法。

二、实验原理本实验采用Lake Shore振动样品磁强计(Vibrating sample magnetometer 7407)，磁场线圈由扫描电源激磁，产生Hmax＝±21000Оe的磁化场，其扫描速度和幅度均可自由调节。

检测线圈采用全封闭型四线圈无净差式，具有较强的抑制噪音能力和大的有效输出信号，保证了整机的高分辨性能。

振动样品磁强计是一种常用的磁性测量装置。

利用它可以直接测量磁性材料的磁化强度随温度变化曲线、磁化曲线和磁滞回线，能给出磁性的相关参数诸如矫顽力H c，饱和磁化强度M s，和剩磁M r等。

还可以得到磁性多层膜有关层间耦合的信息。

图1是VSM的结构简图。

它由直流线绕磁铁，振动系统和检测系其测量原理如下:装在振动杆上的样品位于磁极中央感应线圈中心连线处，位于外加均匀磁场中的小样品在外磁场中被均匀磁化，小样品可等效为一个磁偶极子。

其磁化方向平行于原磁场方向，并将在周围空间产生磁场。

在驱动线圈的作用下，小样品围绕其平衡位置作频率为ω的简谐振动而形成一个振动偶极子。

振动的偶极子产生的交变磁场导致了穿过探测线圈中产生交变的磁通量，从而产生感生电动势ε，其大小正比于样品的总磁矩μ：ε = K μ其中K 为与线圈结构， 振动频率， 振幅和相对位置有关的比例系数。

当它们固定后， K 为常数，可用标准样品标定。

因此由感生电动势的大小可得出样品的总磁矩，再除以样品的体积即可得到磁化强度。

因此，记录下磁场和总磁矩的关系后，即可得到被测样品的磁化曲线和磁滞回线。

在感应线圈的范围内，小样品垂直磁场方向振动。

根据法拉第电磁感应定律，通过线圈的总磁通为：t BM AH ωsin +=Φ此处A 和B 是感应线圈相关的几何因子，M 是样品的磁化强度，ω是振动频率，H 是电磁铁产生的直流磁场。

线圈中产生的感应电动势为：()t KM dt d t E ωcos =Φ= 式中K 为常数，一般用已知磁化强度的标准样品（如Ni ）定出。