Ferromagnetische Resonanz

Ferromagnetische Resonanzoder fmr, die gekoppelt ist zwischen einem Elektromagnetische Welle und die Magnetisierung eines Mediums, durch das es passiert. Diese Kopplung induziert einen signifikanten Leistungsverlust der Welle. Die Leistung wird durch die vorgespannende Magnetisierung absorbiert (Larmor -Präzession) des Materials und als Hitze verloren. Damit diese Kopplung auftritt, muss die Frequenz der einfallenden Welle gleich der Präzessionsfrequenz der Magnetisierung (Larmorfrequenz) und der Polarisation der Welle muss mit der Ausrichtung der Magnetisierung übereinstimmen.

Dieser Effekt kann für verschiedene Anwendungen verwendet werden, z. B. spektroskopisch Techniken oder Vorstellung von Mikrowelle Geräte.

Der FMR spektroskopisch Technik wird verwendet, um die zu untersuchen Magnetisierung von ferromagnetisch Materialien. Es ist ein Standardwerkzeug zum Prüfen Spinwellen und Spin -Dynamik. FMR ist sehr ähnlich wie elektronen paramagnetische Resonanz (EPR) und auch etwas ähnlich wie Kernspinresonanz (NMR), außer dass FMR die Probenmagnetisierung untersucht, die aus dem resultiert Magnetische Momente von dipolargekoppelten, aber ungepaarten Elektronen, während NMR den magnetischen Moment von untersucht Atomkerne die durch die atomaren oder molekularen Orbitale untersucht werden, die solche Kerne des Kernspins ungleich Null umgeben.

Die FMR-Resonanz ist auch die Grundlage für verschiedene hochfrequente elektronische Geräte, wie z. Resonanzisolatoren oder Kreislauf.

Geschichte

Ferromagnetische Resonanz wurde experimentell entdeckt von V. K. Arkad'yev Als er das beobachtete Absorption von Uhf Strahlung durch ferromagnetische Materialien 1911. Eine qualitative Erklärung von FMR zusammen mit einer Erklärung der Ergebnisse von Arkad'yev wurde von YA angeboten. G. Dorfman im Jahr 1923, als er vorschlug, dass das optisch Übergänge durch Zeeman Die Aufteilung könnte eine Möglichkeit bieten, die ferromagnetische Struktur zu untersuchen.

Eine Arbeit von 1935, die von veröffentlicht wurde von Lev Landau und Evgeny Lifshitz prognostizierte die Existenz einer ferromagnetischen Resonanz der Larmor -Präzession, was unabhängig in Experimenten von J. H. E. Griffiths (UK) und unabhängig verifiziert wurde E. K. Zavoiskij (UdSSR) im Jahr 1946.[1][2][3]

Beschreibung

FMR ergibt sich aus der Präzessionsbewegung der (normalerweise recht großen) Magnetisierung eines ferromagnetischen Materials in einem externen Magnetfeld . Das Magnetfeld übt a Drehmoment Bei der Probenmagnetisierung, die die magnetischen Momente in der Probe verursacht, um zu Vorausdruck. Die Präzessionsfrequenz der Magnetisierung hängt von der Ausrichtung des Materials, der Stärke des Magnetfeldes sowie der makroskopischen Magnetisierung der Probe ab; Die effektive Präzessionsfrequenz des Ferromagnet ist durch die für freie Elektronen in EPR beobachtete Präzessionsfrequenz viel niedriger. Darüber hinaus können Linienbreiten von Absorptionspeaks sowohl durch dipolare Verschleierung als auch durch Exchange-Broading-Effekte (Quantum) stark beeinflusst werden. Darüber hinaus werden nicht alle in FMR beobachteten Absorptionspeaks durch die Präzession der magnetischen Momente von Elektronen im Ferromagnet verursacht. Somit ist die theoretische Analyse von FMR -Spektren weitaus komplexer als die von EPR- oder NMR -Spektren.

Das Grundaufbau für ein FMR -Experiment ist a Mikrowelle Resonanzhöhle mit einem Elektromagnet. Die Resonanzhöhle wird mit einer Frequenz in der festgelegt Super hohe Frequenz Band. Ein Detektor wird am Ende des Hohlraums platziert, um die Mikrowellen zu erkennen. Die magnetische Probe wird zwischen den Polen des Elektromagneten und der platziert Magnetfeld wird gefegt, während die Resonanzabsorptionsintensität der Mikrowellen nachgewiesen wird. Wenn die Magnetisierungspräzessionsfrequenz und die Resonanzhohlraumfrequenz gleich sind, nimmt die Absorption stark zu, was durch eine Abnahme der Intensität am Detektor angezeigt wird.

Darüber hinaus führt die resonante Absorption der Mikrowellenenergie zu einer lokalen Erwärmung des Ferromagnets. In Proben mit lokalen magnetischen Parametern, die auf der Nanometerskala variieren, wird dieser Effekt für räumliche abhängige Spektroskopieuntersuchungen verwendet.

Die Resonanzfrequenz eines Films mit parallel angewandtem externen Feld wird von der gegeben Kittel Formel:[4]

wo ist die Magnetisierung des Ferromagnets und ist der Gyromagnetische Verhältnis.[5]

Siehe auch

Verweise

  1. ^ J. H. E. Griffiths (1946). "Anomaler Hochfrequenzresistenz ferromagnetischer Metalle". Natur. 158 (4019): 670–671. Bibcode:1946natur.158..670g. doi:10.1038/158670a0. S2CID 4143499.
  2. ^ Zavoisky, E. (1946). "Spin-Magnetresonanz in der Dezimeterwellenregion". Fizicheskiĭ Zhurnal. 10.
  3. ^ Zavoisky, E. (1946). "Paramagnetische Absorption in einigen Salzen in senkrechten Magnetfeldern". Zhurnal Éksperimental'noĭ i teoreticheskoĭ fiziki. 16 (7): 603–606.
  4. ^ Kittel, Charles; (2004). Einführung in die Festkörperphysik (8. Aufl.). Wiley. ISBN047141526X
  5. ^ Kittel, Charles (15. Januar 1948). "Über die Theorie der ferromagnetischen Resonanzabsorption". Physische Bewertung. 73 (2): 155–161. Bibcode:1948phrv ... 73..155k. doi:10.1103/PhysRev.73.155.

Weitere Lektüre

  • Vonsovskii, S. V. (2013). Ferromagnetische Resonanz: Das Phänomen der Resonanzabsorption eines Hochfrequenzmagnetfelds in ferromagnetischen Substanzen. Elsevier. ISBN 9781483151489.
  • Chikazumi, Sōshin (1997). Physik des Ferromagnetismus. Clarendon Press. ISBN 978-0-19-851776-4.

Externe Links