Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Ферромагнитный резонанс или FMR - это связь между электромагнитной волной и намагниченностью среды, через которую она проходит. Эта связь вызывает значительную потерю мощности волны. Мощность поглощается прецессирующей намагниченностью ( ларморовская прецессия ) материала и теряется в виде тепла. Чтобы возникла такая связь, частота падающей волны должна быть равна частоте прецессии намагниченности (ларморовской частоте), а поляризация волны должна соответствовать ориентации намагниченности.

Этот эффект может использоваться для различных приложений, таких как спектроскопические методы или концепция микроволновых устройств.

ФМР спектроскопическая методика используется для исследования намагниченности в ферромагнитных материалах. Это стандартный инструмент для исследования спиновых волн и спиновой динамики. ФМР очень похож на электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), а также несколько похож на ядерный магнитный резонанс (ЯМР), за исключением того, что ФМР исследует намагниченность образца, возникающую в результате магнитных моментов диполярно связанных, но неспаренных электронов , а ЯМР исследует магнитное поле. момент атомных ядер , которые экранированы атомными или молекулярными орбиталями, окружающими такие ядра с ненулевым ядерным спином.

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

История [ править ]

Ферромагнитный резонанс экспериментально обнаружен В.К. Arkad'yev , когда он наблюдал поглощение в СВЧ - излучении ферромагнитных материалов в 1911. Качественное объяснение ФМРА наряду с объяснением результатов Arkad'yev было предложено вверх Ya. Г. Дорфман в 1923 году, когда он предположил, что оптические переходы, обусловленные зеемановским расщеплением, могут обеспечить способ изучения ферромагнитной структуры.

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

Описание [ править ]

ФМР возникает из-за прецессионного движения (обычно довольно большой) намагниченности ферромагнетика во внешнем магнитном поле . Магнитное поле оказывает крутящий момент на намагниченность образца, который вызывает прецессию магнитных моментов в образце.. Частота прецессии намагниченности зависит от ориентации материала, силы магнитного поля, а также от макроскопической намагниченности образца; эффективная частота прецессии ферромагнетика намного меньше частоты прецессии, наблюдаемой для свободных электронов в ЭПР. Более того, на ширину линий пиков поглощения могут сильно влиять как эффекты дипольного сужения, так и эффекты обменного уширения (квантовые). Кроме того, не все пики поглощения, наблюдаемые в ФМР, вызваны прецессией магнитных моментов электронов в ферромагнетике. Таким образом, теоретический анализ спектров ФМР намного сложнее, чем анализ спектров ЭПР или ЯМР.

Базовая установка для эксперимента FMR - это микроволновый резонатор с электромагнитом . Резонансная полость фиксируется на частоте в диапазоне сверхвысоких частот . Детектор помещается в конце полости для обнаружения микроволн. Магнитный образец помещается между полюсами электромагнита, и магнитное поле перемещается, в то время как интенсивность резонансного поглощения микроволн регистрируется. Когда частота прецессии намагничивания и частота резонансного резонатора одинаковы, поглощение резко возрастает, на что указывает уменьшение 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 пространственно-зависимых спектроскопических исследований.

Резонансная частота пленки с параллельным приложенным внешним полем определяется формулой Киттеля : [4]

где - намагниченность ферромагнетика, - гиромагнитное отношение . [5]

См. Также [ править ]

  • Электронный парамагнитный резонанс
  • Ядерный магнитный резонанс

Ссылки [ править ]

  1. ^ JHE Гриффитс (1946). «Аномальное высокочастотное сопротивление ферромагнитных металлов». Природа . 158 (4019): 670–671. Bibcode : 1946Natur.158..670G . DOI : 10.1038 / 158670a0 . S2CID  4143499 .
  2. ^ Завойскому, E. (1946). «Спиновый магнитный резонанс в дециметровом диапазоне 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.). Вайли. ISBN 047141526X 
  5. ↑ Киттель, Чарльз (15 января 1948 г.). «К теории ферромагнитного резонансного поглощения». Физический обзор . 73 (2): 155–161. Полномочный код : 1948PhRv ... 73..155K . DOI : 10.1103 / PhysRev.73.155 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Вонсовский С.В. (2013). Ферромагнитный резонанс: явление резонансного поглощения высокочастотного магнитного поля в ферромагнитных веществах . Эльзевир. ISBN 9781483151489.
  • Тиказуми, Сошин (1997). Физика ферромагнетизма . Кларендон Пресс . ISBN 978-0-19-851776-4.

Внешние ссылки [ править ]

  • Расчет некоторых важных резонансных полей
  • Метод пространственно разрешенного ферромагнитного резонанса
  • Ферромагнитный резонанс (FMR) (Wolfgang Kuch, Freie Universität Berlin)