铁磁共振试验报告VIP免费

一、实验背景早在1935年，著名苏联物理学家兰道（LevDavydovichLandau1908—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:02BhE（1）（其中，为旋磁比，h为普朗克常数，0B为稳恒外磁场）．又有emeg2，故0022BgBhmegEBe．（其中，g即为要求的朗德g因子，其值约为2．eBmeh4为玻尔磁子，其值为1241074.29TJ）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-1-外Eh（2）其中，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：h0BgB（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=9GHZ）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h也是固定的．要产生磁共振电子能级间的能量差02BhE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02BhE随之改变，当其接近于微波能量值h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B，此时等式hBgB成立，B由特斯拉计测出，由波长表可读出，h、B为常数，则gBhB．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0BgB，当它不等于粒子处微波能量h时，粒子不吸收微波能量，微波可完全-2-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0BgB等于粒子处微波能量h时，粒子吸收微波能量使输出电流减小，其最小值对应的外磁场B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.实验仪器注意事项1.预热后立马开始实验六、实验数据记录及处理2.g因子计算g的不确定度所以，013.085.91g七、误差分析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-3-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．