铁磁共振

实验题目：铁磁共振

实验目的：学习用传输式谐振腔法研究铁磁共振现象，测量YIG小球（多晶）的共振线宽和g因子。

实验仪器：微波发生器，隔离器，定向耦合器，晶体检波器，微安计，谐振腔，铁氧体小球，精密衰减器，磁铁，示波器。

实验原理：（点击跳过实验原理和实验内容）

铁磁共振：在微波波段，只有铁氧体对微波吸收最小。当满足一定条件时，铁磁性物质从微波磁场中强烈吸收能量的现象称为铁磁共振。

当外加稳恒磁场B时，铁氧体对微波的吸收剧烈变化，在处吸收最强烈，成为共振吸收，此现象极为铁磁共振。这里为微波磁场的角频率，为铁磁物质的磁旋比：

铁磁共振试验通常采用谐振腔法，该法灵敏度高，但测量频率较窄。本试验用传输式谐振腔，其传输系数与样品共振吸收的关系简单，便于计算，但难以用抵消法提高灵敏度。

将铁氧小球置于谐振腔微波磁场的最大处，使其处于相互垂直的稳恒磁场B和微波磁场Hm 中，保持微波发生器输出功率恒定，调节谐振腔或微波发生器，使谐振腔的频率与微波磁场的频率相等，当改变B的大小时，由于铁磁共振，在谐振腔始终调谐时，在输入功率不变的情况下，输出功率为：

（为腔的品质因数）。因而的变化可通过的变化来测量。然后通过P-B曲线可得。

必须注意的是，当B改变时，磁导率的变化会引起谐振腔谐振频率的变化（频散效应），故实验时，每改变一次B都要调节谐振腔（或微波发生器频率），使它与输入微波磁场的频率调谐，以满足上式的关系，这种测量称逐点调谐，可以获得真实的共振吸收曲线，如图2.3.2-5，此时，对应于B1、B2的输出功率为：

式中P0、P r、和P1/2分别是远离共振点、共振点和共振幅度半高处对应的输出功率。因此根据测得曲线，计算出P1/2，既能确定出。

试验时直接测量的不是功率，而是检波电流I。

实验内容：

1、用波长表测微波频率v。

a. 打开三厘米固态信号发生器电源预热半小时。

b. 将微波谐振腔的信号输出端接入微安表。

c. 调节波导上的衰减器，使微安表有一定的读数（一般50）。

d. 调节波长表至3毫米附近，使微安表读数达最小，读取波长表的刻度值，有刻度值和频

率对照表求得微波频率（重复测6次，求平均值）。

e. 波长表调离最小值，使微安表回到50处。

2、用非逐点调谐法测出I—B曲线：（用多晶样品）

a. 将谐振腔有样品的部分放入磁场中心位置。

b. 将线圈的“磁场”接线端接入磁共振实验仪的“磁场”端。

c. 调节磁共振实验仪“磁场”旋钮改变励磁电流的大小。每改变一次，记下一组励磁电流

和波导输出电流的值。查表将励磁电流值转换为对应的磁感应强度B。测一条曲线。测量过程中不要改变衰减量和波长表。

d. 反过来调节励磁电流由高到低，步骤同上，测出另一条曲线。

e. 在同一坐标纸上画出两条I—B曲线，有两条曲线分别求和g因子。最后求出

及g因子的平均值。

3、用示波器观察共振波形。

a. 将微波谐振腔的信号输出端接入磁共振实验仪的“检波输入”端。

b. 将线圈的“扫场”接线端接入试验仪的“扫场”端。

c. 按下实验仪的“扫描/检波”按钮。

d. 按下示波器的“X-Y”按钮。

e. 调节磁场电流达共振点（极小值）处，观察示波器波形。

测量记录及数据处理：

1. 用波长表测微波频率v。：

(1) 原始数据(实验前)：

d(mm) 3.185 3.187 3.186 3.189 3.186 3.189 v(MHz)9005.509005.009005.259004.609005.259004.60 (2) 计算微波频率：

故最终算得微波频率为：

(3)原始数据(实验后)：

d(mm) 3.186 3.188 3.187 3.185 3.189 3.187 v(MHz)9005.259004.890059005.59004.69005 (4)计算微波频率：

故最终算得微波频率为：

故最终算得微波频率为：

2、测I—B曲线：

(1)原始数据(由低到高)：

I(A)B（mT)up Ia(μA)

050 0.05850.2 0.11950.4 0.152250.5 0.23750.6 0.254150.8 0.35050.9 0.356051 0.47051.2 0.457951.5 0.58251.8 0.559251.9 0.610051.9 0.6511051.8 0.712051.3 0.7512851.1 0.813851 0.8514250.9 0.915150.7 0.9516050.4 116950.2 1.0517950.1 1.118250 1.1519249.6 1.220049.2 1.2520948.7 1.322048.1

1.31220.648 1.32221.248 1.33221.847.6 1.3422

2.447.4 1.3522347.2 1.36224.847 1.37226.647 1.38228.446.8 1.39230.246.5 1.423246.3 1.4123

3.646.2 1.42235.246.1 1.43236.846 1.44238.446 1.4524046 1.4624245.2 1.4724445 1.4824645 1.492484

4.8 1.525044.2 1.51251.844 1.52253.643.9 1.5325

5.443.3 1.54257.243 1.5525942.9 1.56259.642.4 1.57260.242.1

1.58260.841.8 1.59261.441.2 1.626241 1.6126440.5 1.6226639.9 1.6326839.1 1.6427038.2 1.6527238 1.66273.638.6 1.67275.237.9 1.68276.836 1.69278.435.1 1.728034.8 1.71281.633.6 1.72283.23

2.5 1.73284.831.5 1.74286.430.6 1.7528829.4 1.7629028.2 1.7729227 1.7829425.8 1.7929624.9 1.829824.1 1.81298.82

3.8 1.82299.623.3 1.83300.423.6 1.84301.22

4.6

1.8530225.7 1.8630426.9 1.8730628 1.8830829.9 1.8931031.6 1.931234 1.91313.636.9 1.92315.239 1.93316.841.2 1.94318.443.1 1.9532045 1.9632246.1 1.9732448.2 1.9832649.1 1.9932849.7 233050.2

2.01331.650.9 2.0233

3.251.5 2.0333

4.852.1 2.04336.452.6 2.0533853.1 2.06338.853.5 2.07339.653.9 2.08340.454.1 2.09341.254.2 2.134254.8 2.1134454.9

2.1234655

2.1334855.1

2.1435055.2

2.1535255.2

2.236055.7

2.2536855.8

2.337855.8

2.3538255.7 (2)第一组数据图像及的计算：

(3)原始数据(由高到低)：

I(A)B(mT)down Ia(μA)

0055.8 0.05855.8 0.12055.8 0.153055.8 0.24055.8 0.254855.9 0.35956 0.356256.3 0.47256.8 0.458057 0.59057 0.5510057 0.610857 0.6511857 0.712256.9 0.7513256.6 0.814056.2 0.8515056.1 0.915956 0.9516255.8 117255.2 1.0518055.1 1.118854.9 1.1519954.4 1.220254.2 1.2521854 1.322153.1

1.352325

2.4 1.424051.4 1.41240.451.1 1.42240.851 1.43241.250.8 1.44241.650.2 1.4524250 1.46244.649.9 1.47247.249.7 1.48249.849.2 1.49252.449.1 1.525548.9 1.51256.248.7 1.52257.448.1 1.53258.648 1.54259.847.8 1.5526147.1 1.56262.846.9 1.57264.646.1 1.58266.446 1.59268.245 1.627044.8 1.6127244 1.622744

3.1 1.6327642.2 1.6427841.1 1.6528040.4

1.6628139.7 1.6728238.8 1.6828337.6 1.6928436.7 1.728535.6 1.71286.433.9 1.72287.832 1.73289.230.2 1.74290.629.1 1.7529227.8 1.76293.626.9 1.77295.225.8 1.78296.825.1 1.79298.425 1.830025 1.8130225.1 1.8230426.4 1.8330628 1.8430829.8 1.8531031.4 1.8631234.1 1.8731436 1.8831639 1.8931840.8 1.93204

2.9 1.913214

3.1 1.9232245.3

1.9332347.1

1.9432449.1

1.9532550.8

1.9632751.2

1.973295

2.7

1.9833153.2

1.9933354.1

233554.8

2.0534156.2

2.135057.4

2.1536058

2.236558.2

2.2537257.2

2.338057

2.3538656.8 (4)第二组数据图像及的计算：

(5)两组数据在一起的图像：

(6) 计算和g因子的平均值：故的平均值为：

由:，得：

已知：

故g的平均值为：

3、用示波器观察共振波形：

共振波形如下：

误差分析及实验总结：

1、测量仪器在正常使用过程中数据受测量环境和仪器性能随机涨落的影响。

2、读微安表读数时存在着一定的误差。

思考题 :

能否从实测结果曲线中，取曲线高度一半处对应的磁场差作为？为什么？

答： 不能，曲线高度的一半仅仅是最大功率值的一半，而功率值即使在最小时也不为零，所以这种取法得到的磁感应强度差根本就不能用来表示共振线宽。