【毕业论文】塞曼效应对铁磁共振的影响.docVIP

1 序言 1.1铁磁共振的发展概述 1.1.1 实验的背景介绍 铁磁共振是于20世纪40年代发展起来的，它和核磁共振、电子自旋共振一样，成为研究物质宏观性能和微观结构的有效手段。，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。 早在1935年，（Lev Davydovich Landau 1908—1968）等就提出铁磁性物质具有铁磁共振特性。经过若干年在超高频技术发展起来后，才观察到铁磁共振现象。多晶铁氧体最早的铁磁共振实验发表于1948年。以后的工作则多采用单晶样品 1.1.2 磁共振的发展 。 1945年首先在顺磁性Mn。1946年，；用波导谐振腔方法发现了Fe、Co和Ni薄片的铁磁共振。1950Cr2O3的反铁磁共振。1953。1953年和1955。1957年和1958。 1956年开始研究两种磁共振耦合的磁双共振现象。这些磁共振被发现后，便在物理、化学、生物等基础学科和微波技术、。例如顺磁固体量子放大器，各种铁氧体微波器件，核磁共振谱分析技术和核磁共振成像技术及利用磁共振方法对顺磁晶体的晶场和能级结构、半导体的能带结构和生物分子结构等的研究。原子核和基本粒子的自旋、磁矩参数的测定也是以各种磁共振原理为基础发展起来的 1.2 本课题的研究内容及意义 铁磁共振是研究物质宏观性能和微观结构的有效手段，它在磁学和固体物理中都占有重要地位。许多高校在近代物理实验教学中都开设了铁磁共振的实验内容12实验中比较重要的参数是共振频率、共振磁场和共振线宽，由共振频率和共振磁场可以计算出材料的磁旋比和g因数，给出材料微观结构的信息。共振线宽表示铁磁材料磁损耗的大小，是描述铁磁材料性能的一个重要指标。测量共振线宽对研究铁磁共振的机理和提高微波铁氧体器件的性能是十分重要。共振线宽是通过测量铁磁共振曲线计算出来的，而频散效应对铁磁共振曲线线形和线宽有很大的影响，如果在实验时不能消除频散效应的影响，测量的共振线宽会很不准确。在实验过程中，大部分学生因为缺少相关的理论知识对频散效应所引起的铁磁共振曲线的变化以及频散效应的物理本质并不知其所以然。本文从理论上分析了频散效应的来源及对铁磁共振曲线的影响 2 实验原理 2.1 磁共振 2.1.1 磁共振的基本原理 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。 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： （2.1） 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: （2.2） 当该能量等于粒子分裂后两能级间的能量差时，即： （2.3） 则低能极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 2.1.2 磁共振类型 顺磁共振：产生磁共振的磁矩是顺磁体中的原子（离子）磁矩； 核磁共振（NMR）：磁矩是原子核的自旋磁矩； 电子自旋共振（SR）：电子自旋磁矩的能级跃迁产生的磁共振； 铁磁共振（FMR）：磁矩为铁磁体中的电子自旋磁矩。 除此之外，还有核电四极共振（NQR）、光泵磁共振、亚铁磁共振 、反铁磁共振（AFMR） 、回旋共振 （抗磁共振 ）、磁双共振等。 2.1.3 磁共振技术的应用 利用顺磁共振可研究分子结构及晶体中缺陷的电子结构等。核磁共振谱不仅与物质的化学元素有关，而且还受原子周围的化学环境的影响，故核磁共振已成为研究固体结构、化学键和相变过程的重要手段。核磁共振成像技术与超声和X射线成像技术一样已普遍应用于医疗检查。铁磁共振是研究铁磁体中的动态过程和测量磁性参量的重要方法。磁共振成像（MRl）术最大的优点是对人体不产生损害，它不仅能显示病变组织，还能反映活体组织功能和代谢过程中生理生化信息 2.2 铁磁共振（FMR） 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称为铁磁共振。 铁磁物质总磁矩在稳恒磁场作用下，绕作进动，其进动方程和进动频率可分别为： （2.4） 式中为旋磁比，由于铁磁性反映了电子自旋磁矩的集体行为，取电子的朗德因子g=2。 上述情况未考虑阻尼作用。在外加恒磁场作用下，磁矩M绕H进动不会很久，因为磁介质内部有损耗存在，实际上铁磁物质的自旋磁矩与周围环境之间必定存在着能量的交换，与晶格或邻近的磁矩存在着某种耦合，使磁化