Ферромагнитный резонанс
Спектроскопический метод исследования намагниченности ферромагнитных материалов

Ферромагнитный резонанс , или ФМР , представляет собой связь между электромагнитной волной и намагниченностью среды, через которую она проходит. Эта связь вызывает значительную потерю мощности волны. Мощность поглощается прецессирующей намагниченностью ( прецессией Лармора ) материала и теряется в виде тепла. Для возникновения этой связи частота падающей волны должна быть равна частоте прецессии намагниченности (частоте Лармора), а поляризация волны должна соответствовать ориентации намагниченности.

Этот эффект может быть использован в различных приложениях, таких как спектроскопические методы или разработка микроволновых устройств.

Спектроскопическая техника ФМР используется для исследования намагниченности ферромагнитных материалов. Это стандартный инструмент для исследования спиновых волн и спиновой динамики. ФМР в целом похож на электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), а также в некоторой степени на ядерный магнитный резонанс (ЯМР), за исключением того , что ФМР исследует намагниченность образца, возникающую из-за магнитных моментов дипольно-связанных, но неспаренных электронов , в то время как ЯМР исследует магнитный момент атомных ядер , которые экранируются атомными или молекулярными орбиталями, окружающими такие ядра с ненулевым ядерным спином.

Резонанс ФМР также лежит в основе различных высокочастотных электронных устройств, таких как резонансные изоляторы или циркуляторы .

История

Ферромагнитный резонанс был экспериментально открыт В. К. Аркадьевым , когда он наблюдал поглощение СВЧ - излучения ферромагнитными материалами в 1911 году. Качественное объяснение ФМР наряду с объяснением результатов Аркадьева было предложено Я. Г. Дорфманом в 1923 году, когда он предположил, что оптические переходы, обусловленные зеемановским расщеплением, могут дать способ изучения структуры ферромагнетиков.

В статье 1935 года, опубликованной Львом Ландау и Евгением Лифшицем, было предсказано существование ферромагнитного резонанса прецессии Лармора , что было независимо подтверждено в экспериментах Дж. Х. Э. Гриффитса (Великобритания) и Е. К. Завойского (СССР) в 1946 году. [1] [2] [3]

Описание

ФМР возникает из-за прецессионного движения (обычно довольно большой) намагниченности ферромагнитного материала во внешнем магнитном поле . Магнитное поле оказывает крутящий момент на намагниченность образца, что заставляет магнитные моменты в образце прецессировать . Частота прецессии намагниченности зависит от ориентации материала, напряженности магнитного поля, а также макроскопической намагниченности образца; эффективная частота прецессии ферромагнетика намного ниже по значению от частоты прецессии, наблюдаемой для свободных электронов в ЭПР. Более того, ширина линий пиков поглощения может сильно зависеть как от эффектов дипольного сужения, так и от эффектов обменного уширения (квантовых). Кроме того, не все пики поглощения, наблюдаемые в ФМР, вызваны прецессией магнитных моментов электронов в ферромагнетике. Таким образом, теоретический анализ спектров ФМР гораздо сложнее, чем спектров ЭПР или ЯМР. М → {\displaystyle \scriptstyle {\vec {M}}} ЧАС → {\displaystyle \scriptstyle {\vec {H}}}

Базовая установка для эксперимента FMR представляет собой микроволновую резонансную полость с электромагнитом . Резонансная полость зафиксирована на частоте в сверхвысокочастотном диапазоне. Детектор помещается в конце полости для обнаружения микроволн. Магнитный образец помещается между полюсами электромагнита, и магнитное поле сканируется, в то время как резонансная интенсивность поглощения микроволн обнаруживается. Когда частота прецессии намагниченности и частота резонансной полости одинаковы, поглощение резко увеличивается, что указывается уменьшением интенсивности на детекторе.

Кроме того, резонансное поглощение микроволновой энергии вызывает локальный нагрев ферромагнетика. В образцах с локальными магнитными параметрами, изменяющимися в нанометровом масштабе, этот эффект используется для исследований пространственно-зависимой спектроскопии.

Резонансная частота пленки с параллельно приложенным внешним полем определяется формулой Киттеля : [4] Б {\displaystyle Б}

ф = γ 2 π Б ( Б + μ 0 М ) {\displaystyle f={\frac {\gamma}{2\pi}}{\sqrt {B(B+\mu _{0}M)}}}

где - намагниченность ферромагнетика, а - гиромагнитное отношение . [5] М {\displaystyle М} γ {\displaystyle \гамма}

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ JHE Griffiths (1946). "Аномальное высокочастотное сопротивление ферромагнитных металлов". Nature . 158 (4019): 670–671. Bibcode :1946Natur.158..670G. doi :10.1038/158670a0. S2CID  4143499.
  2. ^ Завойский, Э. (1946). «Спиновый магнитный резонанс в дециметровой области волн». Физический журнал . 10 .
  3. ^ Завойский, Э. (1946). «Парамагнитное поглощение в некоторых солях в перпендикулярных магнитных полях». Журнал Экспериментальной и теоретической физики . 16 (7): 603–606.
  4. ^ Киттель, Чарльз; (2004). Введение в физику твердого тела (8-е изд.). Wiley. ISBN 047141526X 
  5. ^ Киттель, Чарльз (15 января 1948 г.). «О теории ферромагнитного резонансного поглощения». Physical Review . 73 (2): 155–161. Bibcode :1948PhRv...73..155K. doi :10.1103/PhysRev.73.155.

Дальнейшее чтение

  • Вонсовский, С. В. (2013). Ферромагнитный резонанс: явление резонансного поглощения высокочастотного магнитного поля в ферромагнитных веществах . Elsevier. ISBN 9781483151489.
  • Чикадзуми, Сосин (1997). Физика ферромагнетизма . Clarendon Press . ISBN 978-0-19-851776-4.
  • Расчет некоторых важных резонансных полей
  • Метод пространственно-разрешенного ферромагнитного резонанса
  • Ферромагнитный резонанс (ФМР) (Вольфганг Куч, Свободный университет Берлина)
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Ферромагнитный_резонанс&oldid=1195826856"