铁磁共振2Word版

铁磁共振5-系别:6系姓名: 陈正学号: PB05210465 实验目的：本实验的目的在于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：铁磁共振实验是了解铁原子中电子的磁共振现象。

自旋不为零的粒子，如电子和质子，具有自旋磁矩。

如果我们把这样的粒子放入稳恒的外磁场中，粒子的磁矩就会和外磁场相互作用使粒子的能级产生分裂，分裂后两能级间的能量差为（1）ΔE = γhB为稳恒外磁场。

其中：γ为旋磁比，h为约化普朗可常数，B如果此时再在稳恒外磁场的垂直方向加上一个交变电磁场，该电磁场的能量为hν（2）其中：ν为交变电磁场的频率。

当该能量等于粒子分裂后两能级间的能量差时，即：hν = γh B（3）（4）2πν = γ B低能极上的粒子就要吸收交变电磁场的能量产生跃迁，即所谓的磁共振。

铁磁共振实际上是铁原子的电子自旋顺磁共振，电子能级裂距约为核磁能级裂距的1840倍。

所以能级间跃迁所需的能量要比核磁共振需要的能量大的多，因此我们用微波（约9GHZ）来提供电子跃迁所需的能量。

在实验中微波的频率ν是固定的，其提供的能量hν也是固定的。

为使铁原子中电子能级间的能量差能等于该值，我们改变直流磁场的电压值，使外磁场磁感应强度B变化，因而使电子能级间的能量差γhB随之改变，使其扫过微波能量值hν，使等式hν = γhBr成立，产生铁磁共振。

Br为谐振点处的磁感应强度值。

实验内容:1．熟悉各微波元件，并按照书上图把各元件安装成一完整的实验系统。

2．调节微波发生器，使谐振腔与发生器输出微波信号调谐，利用仪器的波长表测出谐振频率f。

3．用非逐点调谐测出检波电流I随d的变化曲线，然后根据B-d曲线作I-B 曲线，计算g因子。

实验注意事项：实验时应注意：1，保持谐振腔的输入微波功率和发生器输出信号频率不变；2，在记录示波器上的数据点时应该快速；3，实验时应保证样品在谐振腔微波磁场的最大处。

铁磁共振实验报告一、实验背景早在1935年，著名苏联物理学家兰道（Lev Davydovich Landau 1908—1968）等就提出铁磁性物质具有铁磁共振特性．经过十几年，在超高频技术发展起来后，才观察到铁磁共振吸收现象，后来波耳得（Polder ）和侯根（Hogan ）在深入研究铁磁体的共振吸收和旋磁性的基础上，发明了铁氧体的微波线性器件，使得铁磁共振技术进入了一个新的阶段．自20世纪40年代发展起来后，铁磁共振和核磁共振、电子自旋共振等一样，成为研究物质宏观性能和用以分析其微观结构的有效手段．微波铁磁共振现象是指铁磁介质处在频率为?0的微波电磁场中，当改变外加恒定磁场H 的大小时，发生的共振吸收现象．通过铁磁共振实验，我们可以测量微波铁氧体的共振线宽、张量磁化率、饱和磁化强度、居里点等重要参数．该项技术在微波铁氧体器件的制造、设计等方面有着重要的应用价值．二、实验目的1．了解微波谐振腔的工作原理，学习微波装置调整技术．2．掌握铁磁共振的基本原理，观察铁磁共振现象．3．测量微波铁氧体的共振磁场B ，计算g 因子．三、实验原理1.磁共振自旋不为零的粒子,如电子和质子,具有自旋磁矩．如果我们把这样的粒子放入稳恒的外磁场中，粒子的磁矩就会和外磁场相互作用使粒子的能级产生分裂，分裂后两能级间的能量差为: 02B h E πγ=? （1）（其中，γ为旋磁比，h 为普朗克常数，0B 为稳恒外磁场）．又有e m e g2=γ，故0022B g B h m e g E B e μπ=?=?．（其中，g 即为要求的朗德g因子，其值约为2．πμe B m eh 4=为玻尔磁子，其值为1241074.29--??T J ）若此时再在稳恒外磁场的垂直方向加上一个交变电磁场，该电磁场的能量为=外E υh （2）其中，υ为交变电磁场的频率．当该能量外E 等于粒子分裂后两能级间的能量差E ?时，即：υh 0B g B μ= （3）低能级上的粒子就要吸收交变电磁场的能量产生跃迁，即所谓的磁共振．2.铁磁共振铁磁共振实际上就是铁氧体原子的电子自旋顺磁共振，在相同的外磁场中电子能级裂距约为核磁能级裂距的1840倍．所以能级间跃迁所需的能量要比核磁共振需要的能量大的多，因此我们可以用微波（约υ=9GH Z ）来提供电子跃迁所需的能量．在实验中微波的频率是固定的，其在谐振腔中样品处的能量υh 也是固定的．要产生磁共振电子能级间的能量差02B h E πγ=?必须等于该值．我们改变励磁电流值，使外磁场磁感应强度0B 变化，因而使电子能级间的能量差02B h E πγ=?随之改变，当其接近于微波能量值υh 时，电子就要吸收微波磁场的能量，产生铁磁共振，表现为检波器的输出电流减小，电流最小值对应的外磁场B 为谐振时的磁感应强度值γB ，此时等式υh B g B μ= 成立，B 由特斯拉计测出，υ由波长表可读出，h 、B μ为常数，则 g Bh B μυ=． 3.输出电流最小值对应的磁场强度为磁共振时的磁场强度值的原理由图一图一检波二极管输出的电流正比与其输入微波功率，改变外磁场B实际上改变粒子两能级间的能量差0Bh时，粒子不吸收微g Bμ，当它不等于粒子处微波能量υ波能量，微波可完全越过粒子到达二极管，使其输出一个较大的电流．继续调节B，当粒子两能级间的能量差0Bh时，粒子吸收微波能g Bμ等于粒子处微波能量υ量使输出电流减小，其最小值对应的外磁场γB即为磁共振时的磁场强度值．四、实验步骤1．开启速调管，将电源工作方式选择在等幅状态下，预热十分钟．2．把谐振腔移出电磁铁，并把微安表接在晶体检波器的输出端．3．通过调节速调管电源上的电压及频率调节钮使得微安表读数最大，使得通过谐振腔后的功率输出最大，即通过式谐振腔处于谐振状态．并调整可变衰减器使得微安表的指针位于刻度表的2/3量程处左右．4．调节波长表使得微安表读数达到最小值，读取波长表的刻度值，得微波频率υ．5．把装置推入电磁铁，保持样品处于磁场中央，调节电磁铁电流，使得微安表读数最小，这时处于共振状态，记录下此时的磁场强度B．6．记录数据，计算g因子的值．五、实验仪器及注意事项1.实验仪器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9GH Z 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．2.注意事项1.预热后立马开始实验．2.注意特斯拉计的正确使用．3.样品腔要与电磁铁两极平行．六、实验数据记录及处理1.共振磁场强度γB (I=1.97A , υ=9.557GHz ) 5515∑==i B B mT .0344=由不确定度公式得，A 类不确定度a μ=])([)15(51512∑=--?i i B B =4.5mT B 类不确定度b μ=0.1mT22a b B μμ+=?=4.5mT所以，B B B ?+==344.0±4.5mT ．2.g 因子计算次数1 2 3 4 5 B （mT ）356.2 345.7 350.0 330.3 337.985.9110274.9100.34410557.910626.6243934===---B h g B μυ g 的不确定度13.00ln )(ln 221=?=?==?∑=B B B dB g d x x f g i n i i μ 所以，013.085.91±=g 相对误差%0.75%100=?-=理论理论g g g E （取g 理论值为2.000）．七、误差分析本实验的g 因子误差为0.75%，在正常范围内．g 因子的误差主要来源是谐振频率的测量误差和共振磁场的测量误差．谐振频率的测量误差主要来自波长计自身误差和读数误差．在一定的读数范围内微安表的数值都为最小值，所以最小值点对应的频率值会有偏差，但由此造成的误差并不大．共振磁场强度的测量误差主要来自特斯拉计的读数误差和电磁场的不稳定．特斯拉计读数时波动较大，且由于测量端面与磁场方向并不严格垂直，都会造成误差，而各次特斯拉计在磁场中的位置不同也会使读数变化较大．而电磁场随时间而变小，故要尽可能迅速地测量．八、实验心得第一次自主性实验，虽然仍有前人的经验经历可以参考，但与之前做的物理实验相比，这次实验的自主性大大加强了，从中学到了很多，收获颇丰．一开始很好奇，小课题和其他普通实验有什么区别，以为自己要做大量的实验采集大量的数据做统计分析．这一番下来，其实不然．个人觉得我们的这组小课题并不是实验规模的扩大，而是对查阅文献、实验故障排除的能力训练．实验初期是对课题资料的搜集，网上、图书馆资料很多，但真正对实验有用并且我要能理解的就不多了．我找了科学出版社的一本《铁磁学（下册）》和一本《凝聚态磁性物理》，看了“磁化强度的一致进动和铁磁共振”和“旋磁性和铁磁共振”等章节，但针对性都不强．之后在网上找了很多类似实验的实验报告和实验操作视频，方才对实验原理、步骤等有了一定的了解．进入正式实验阶段后，才发现实验仪器状态和原先预想的有很大的偏差．可能是以前小实验中，指导老师会帮助调试仪器，做几个实验数据回去处理分析就好了．而这次，仪器要自己调试，一上手就大手大脚地来，结果微安表根本没有读数显示，就怀疑是仪器问题或是方法不对．在得到老师微安表出错几率很小的反馈后，开始细心地调节仪器．这其间，我们也拆下过检波器，直接与信号发生源相连，确认了微安表与检波器可以正常工作．在反复地调节下，终于完成了测量，真有种“千年的等待，只为这一瞬的绽放”的感觉．从资料搜集到开展实验再到报告总结，这个过程让我知道了自己在查找文献、具体实验等方面锻炼的欠缺．最大的收获就是实验一定要有耐心，要对自己和仪器有信心．在确认实验方法正确的前提下，要学会检查仪器是否正常．每一点微小的偏差都可能引起实验结果很大的偏差甚至得不到任何结果，所以实验操作一定要到位．这次实验可以说是给以后真正的科研做的铺垫．它不仅仅是对我实验技能的培养，更是让我对实验态度有了一个新认识．。

核磁共振铁价态t1和t2的原理朋友们！今天咱们来唠唠核磁共振里铁价态t1和t2的原理，这玩意儿听起来挺高深，其实呢，只要咱们找对了门道，理解起来也没那么难，就像解开一个神秘的魔法盒子一样，挺有意思的。

首先呢，咱得知道核磁共振是个啥。

想象一下，咱们身体里的那些原子啊，就像是一个个小小的指南针，它们在磁场里会有特定的反应。

核磁共振就是利用了这个特性，给这些小指南针来个“大点名”，看看它们都在干啥。

那铁价态又是什么呢？铁这玩意儿啊，就像个多变的小精灵，它有不同的价态。

不同价态的铁，它们的电子排列就不一样，就好比每个人有自己独特的个性一样。

这种电子排列的差异啊，在核磁共振里可就会产生不同的表现啦。

说到t1，它就像是原子的“恢复时间”。

打个比方吧，假如原子是个小运动员，在磁场这个大操场上跑了一圈后累得气喘吁吁的。

t1就是它休息、恢复体力的时间。

不同价态的铁原子啊，它们恢复体力的速度可不一样。

这是为啥呢？因为不同价态的铁，电子云的分布不同，就好比有的运动员身体素质好，恢复得快，有的就慢一些。

电子云的状态会影响原子和周围环境的相互作用，从而决定了t1的长短。

比如说，三价铁可能因为它独特的电子云结构，和周围环境的相互作用比较强，恢复时间t1就可能长一点；而二价铁呢，相互作用相对弱一些，t1就可能短一点。

再来说说t2，这t2啊，就像是原子的“保持专注时间”。

还是拿运动员来比喻，运动员在操场上跑的时候，能不能一直保持好状态，不被外界干扰呢？t2就是衡量这个的。

不同价态的铁原子，在磁场里受到的各种干扰不一样。

有些干扰就像旁边有个大喇叭在放噪音，让原子没办法专心跑；而有些干扰就比较小。

这是因为不同价态铁的电子结构不同，对磁场的微小变化的敏感度也不同。

比如三价铁可能对磁场的微小波动比较敏感，就容易被干扰，t2就短；二价铁相对不那么敏感，t2就会长一些。

在实际应用中，了解铁价态的t1和t2原理可重要啦。

比如说在医学领域，医生可以通过观察铁价态在核磁共振图像里的表现，来判断身体里是不是有什么病变。

实验八 铁磁共振0 前言铁磁共振(FMR)是指铁磁介质在恒定外磁场中，对微波电磁场的共振吸收现象。

是铁磁物质中未偶电子，也即是铁磁物质中的电子自旋共振。

铁磁共振不仅在实验中已可以观察到，而且在研究铁磁体的共振吸收和旋磁性的基础上，人类发明了铁氧体的微波线性器件；铁磁共振也是研究铁磁体宏观性能与微观结构的有效手段。

1 实验目的1． 初步掌握用微波谐振腔方法观察铁磁共振现象。

2．掌握铁磁共振的基本原理和实验方法。

3．测量铁氧体材料的共振磁场r B ,共振线宽B ∆，旋磁比γ以及g 因子和弛豫时间τ。

2 实验原理根据磁学理论可知，物质的铁磁性主要来源于原子或离子的未满壳层中存在的非成对电子自旋磁矩。

一块宏观的铁磁体包含有许多磁畴区域，在每一个区域中，自旋磁矩在交换作用的耦合下彼此平行排列，产生自发磁化，但各个磁畴之间的取向并不完全一致，只有在外磁场的作用下，铁磁体内部的所有自旋磁矩才保持同一方向，并围绕着外磁场方向作进动。

当铁磁物质同时受到两个相互垂直的磁场即恒磁场0B 和微波磁场1B 的作用后，磁矩的进动情况将发生重要的变化。

一方面，恒磁场0B 使铁磁场物质被磁化到饱和状态，当磁矩M 原来平衡方向与0B 有夹角θ时，0B 使磁矩绕它的方向作进动，频率为hB g B H 0μν=；另一方面，微波磁场1B 强迫进动的磁矩M 随着1B 的作用而改变进动状态，M 的进动频率再不是H ν了，而是以某一频率绕着恒磁场0B 作进动，同时由于进动过程中，磁矩受到阻尼作用，进动振幅逐渐衰减，如图（8—1）所示，微波磁场对进动的磁矩起到不断的补充能量的作用。

当维持微波磁场作用时，且微波频率ν=H ν时，耦合到M 的能量刚好与M 进动时受到阻尼消耗的能量平衡时，磁矩就维持稳定的进动，如图（8—2）所示。

铁磁共振的原理图如图（8—3）所示。

在恒磁场0B （即0H ）和微波磁场1B （即h ）的作用下，其进动方程可写为： dtM d = -γ（M ×H ）+ T ------------------------------- (8-1) 上式中em e g 2=γ为旋磁比，g 为朗德因子，B （即H ）为恒磁场0B （即0H ）和微波磁场1B （即h ）合成的总磁场，T 为阻尼力矩，此系统从微波磁场1B 中所吸收的全部能量，恰好补充铁磁样品通过某机制所损耗的能量。