中国石油大学（华东）：《近代物理实验》课程教学资源（讲义）实验3-4 铁磁共振实验（PPT）

近代物理实验 铁磁共振

铁磁共振

提纲 ■ 背景介绍 : 二 实验目的 实验原理 实验仪器 实验内容与步骤 注意事项 思考题 。八、 实验数据表格

◼ 一、背景介绍 ◼ 二、实验目的 ◼ 三、实验原理 ◼ 四、实验仪器 ◼ 五、实验内容与步骤 ◼ 六、注意事项 ◼ 七、思考题 ◼ 八、实验数据表格 提纲

一、背景介绍 铁磁共振是于20世纪40年代发展起来的一种研 究物质宏观性能和微观结构的重要实验手段。它利用 磁性物质从微波磁场中强烈吸收能量的现象，与核磁 共振、顺磁共振一样在磁学和固体物理学研究中占有 重要地位。 它能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

一、背景介绍 铁磁共振是于20世纪40年代发展起来的一种研 究物质宏观性能和微观结构的重要实验手段。它利用 磁性物质从微波磁场中强烈吸收能量的现象，与核磁 共振、顺磁共振一样在磁学和固体物理学研究中占有 重要地位。 它能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 ·了解铁磁共振的基本原理，观察铁磁共振 现象； ■测量微波铁氧体的铁磁共振线宽； 测量微波铁氧体的g因数 注：铁磁共振研究铁原子中电子的磁共振现象

二、实验目的 ◼ 了解铁磁共振的基本原理，观察铁磁共振 现象； ◼ 测量微波铁氧体的铁磁共振线宽； ◼ 测量微波铁氧体的g因数 注:铁磁共振研究铁原子中电子的磁共振现象

三、实验原理 概念介绍 1,磁共振：具有磁矩的物质，在恒定磁场作用下对电磁 辐射能的共振吸收现象。磁共振吸收谱在射频和微波波 段范围内，是物质的整个电磁波谱中的长波区域。 2.铁磁共振：铁磁物质在一定的外加恒定磁场和一定频 率的微波磁场中当满足共振条件时产生强烈吸收共振的 现象。 3.铁氧体：铁、其他金属物质等元素与氧的化合物

三、实验原理——概念介绍 1. 磁共振：具有磁矩的物质，在恒定磁场作用下对电磁 辐射能的共振吸收现象。磁共振吸收谱在射频和微波波 段范围内，是物质的整个电磁波谱中的长波区域。 2. 铁磁共振：铁磁物质在一定的外加恒定磁场和一定频 率的微波磁场中当满足共振条件时产生强烈吸收共振的 现象。 3. 铁氧体：铁、其他金属物质等元素与氧的化合物

原理概述 铁磁物质总磁矩☑在稳恒磁场月作用下， 绕M作进动，角频率为。=B,由于内部存在阻 尼作用，☑进动角逐渐减小，当进动角频率等于 外加微波磁场角频率©时，☑吸收其能量用以 维持进动，此时即发生铁磁共振

——原理概述 铁磁物质总磁矩 在稳恒磁场 作用下, 绕 作进动,角频率为 ,由于内部存在阻 尼作用, 进动角逐渐减小,当进动角频率等于 外加微波磁场角频率 时, 吸收其能量用以 维持进动,此时即发生铁磁共振。 M B M   = B M 0 M

量子解释 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（塞曼分裂），分裂后两能级间的能量差为 △E=yhB (1) 其中y为旋磁比，方为约化普朗可常数，B为 稳恒外磁场

——量子解释 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（塞曼分裂），分裂后两能级间的能量差为 (1) 其中： 为旋磁比， 为约化普朗可常数， 为 稳恒外磁场。  = E B    B

经典解释续 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 hu (2) 其中：)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： hu=yhB (3) 2πU=B (4) 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

——经典解释续 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 (2) 其中： 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： （3） (4) 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。  h = B 2 = B h

磁共振的实现方法 为了满足共振条件，通常以两种方式实现： 固定v改变B,这种方法称为扫场法： 固定B改变v,这种方法称为扫频法。 B B(t)=Bo B(① 2=16 1@ %=y/2元. 扫场法 扫频法

共振吸收信号 共振吸收信号 为了满足共振条件，通常以两种方式实现： 固定v改变B，这种方法称为扫场法； 固定B改变v，这种方法称为扫频法。 B v 0 0 2 /   = B 0 0    = B / 2 t t B(t) B(t)=B0 v(t)=v0 v(t) 扫场法 扫频法 磁共振的实现方法

各物理量关系 旋磁比、玻尔磁子、光谱分裂因子之间有如下的关 系： i=4g8 (5) 而玻尔磁子为 eh (6) 2m 铁磁共振实际上是铁原子中电子的自旋顺磁共振， 因此需用微波（约9GHZ)来提供电子跃迁所需要的能量。 (本实验中我们固定微波频率，通过改变外加恒定磁场的磁感应强 度来改变电子能级间距，观察示波器信号变化来判断共振点处的磁感 应强度)

——各物理量关系 旋磁比、玻尔磁子、光谱分裂因子之间有如下的关 系： (5) 而玻尔磁子为 (6) 铁磁共振实际上是铁原子中电子的自旋顺磁共振， 因此需用微波（约9GHZ）来提供电子跃迁所需要的能量。 （本实验中我们固定微波频率，通过改变外加恒定磁场的磁感应强 度来改变电子能级间距，观察示波器信号变化来判断共振点处的磁感 应强度） g  B  = m e B 2   =