实验3-4铁磁共振 铁磁共振(ferromagnetic resonance,FMR)是指铁磁介质的电子自旋共振，观察的对象是铁磁 介质中的未成对电子。I935年苏联物理学家朗道(Lev Davydovich Landau)等就提出了铁磁性物团 其有铁磁共振特性，经过10多年后直到1946年才用波导谐振腔方法从实验上发现了F、Co和N速片 的铁磁共振现象，随后又发现了反铁磁共振现象(1950年)和亚铁磁共振现象(1955年)。随者各 种铁磁共振的深入研究和测量技术的不断 使铁磁共振与核磁 顺磁共振一样成为物 观性能和微观结构的有效手段，在磁学、固体物理学化学 E学等料字研中古 有重要地位。 铁磁共振研究基础上发展起来的微波铁氧体器件广泛应用于现代雷达、卫星通信、电子对抗等领域， 铁磁共振技术在微波铁氧体器件的设计、制造等方面也具有重要的应用。 本实验在学习铁缆共振基本原理的基础上，重点掌握用传输式谐振腔法观测铁磁共振信号的实 现方法和测量技术。 【实验目的】 1.理解铁磁共振的基本原理，学习用微波谐振腔法观测铁磁共振的测量原理和实验技术。 2.学会测量微波铁氧体的铁磁共振线宽、g因子和弛豫时间。 3.通过观测铁磁共振现象，进一步认识磁共振技术的一般特性和实验方法。 【预习要求】 1,什么是铁磁共振？什么是弛豫过程和驰豫时间？ 2.如何调整系统到谐振状态？ 3,如何判断示波器上的信号是铁磁共振信号？ 4.如何测量g因子和共振线宽？ 【实验原理】 一，徽波铁磁共振的基本原理 由磁学理论可知，物质的铁磁性主要来源于原子或离子在未满壳层中存在的未成对电子自旋磁 矩。在铁磁性物质中有许多磁畴，每一个磁琦中自旋磁矩平行排列产生自发磁化，但各个磁畴之间 的取向并不完全一致，只有在外加磁场B的作用下，铁磁体内部的所有自旋磁矩才趋向同一方向，并 围绕者外磁场方向作进动，如图3-41所示，这时的总磁矩（磁化强 度矢量M)的进动方程和进动频率可分别表示为 M dr=-/(MxB) (3-4-1) 0=B 式中y一货8为旋醒北，么为直空程号率，和分别为电子电 量和电子质量 8为电子的朗德因子，理论上g=2 在外加恒定磁场B作用下，磁矩M绕B进动不会很久，因为铁磁图34-1磁化强度矢量M 物质的自旋磁矩与晶格或邻近的磁矩存在着耦合作用，与周围环境 绕外磁场的进动 之间存在若能量的交换。由于铁磁介质内部有损耗存在，使磁化强 度矢量M的进动受到阻力，绕着外磁场B进动的幅角会逐渐减小，最后M将指向B的方向。如果要维
实验 3-4 铁磁共振 铁磁共振（ferromagnetic resonance，FMR）是指铁磁介质的电子自旋共振，观察的对象是铁磁 介质中的未成对电子。1935年苏联物理学家朗道（Lev Davydovich Landau）等就提出了铁磁性物质 具有铁磁共振特性，经过10多年后直到1946年才用波导谐振腔方法从实验上发现了Fe、Co和Ni薄片 的铁磁共振现象，随后又发现了反铁磁共振现象（1950年）和亚铁磁共振现象（1955年）。随着各 种铁磁共振的深入研究和测量技术的不断发展，使铁磁共振与核磁共振、顺磁共振一样成为物质宏 观性能和微观结构的有效手段，在磁学、固体物理学化学、生物学等科学研究中占有重要地位。在 铁磁共振研究基础上发展起来的微波铁氧体器件广泛应用于现代雷达、卫星通信、电子对抗等领域， 铁磁共振技术在微波铁氧体器件的设计、制造等方面也具有重要的应用。 本实验在学习铁磁共振基本原理的基础上，重点掌握用传输式谐振腔法观测铁磁共振信号的实 现方法和测量技术。 【实验目的】 1. 理解铁磁共振的基本原理，学习用微波谐振腔法观测铁磁共振的测量原理和实验技术。 2. 学会测量微波铁氧体的铁磁共振线宽、g 因子和弛豫时间。 3. 通过观测铁磁共振现象，进一步认识磁共振技术的一般特性和实验方法。 【预习要求】 1．什么是铁磁共振？什么是弛豫过程和弛豫时间？ 2．如何调整系统到谐振状态？ 3．如何判断示波器上的信号是铁磁共振信号？ 4．如何测量 g 因子和共振线宽？ 【实验原理】 一. 微波铁磁共振的基本原理 由磁学理论可知，物质的铁磁性主要来源于原子或离子在未满壳层中存在的未成对电子自旋磁 矩。在铁磁性物质中有许多磁畴，每一个磁畴中自旋磁矩平行排列产生自发磁化，但各个磁畴之间 的取向并不完全一致，只有在外加磁场B的作用下，铁磁体内部的所有自旋磁矩才趋向同一方向，并 围绕着外磁场方向作进动，如图3-4-1所示，这时的总磁矩（磁化强 度矢量M）的进动方程和进动频率可分别表示为 = = − B dt d (M B) M (3-4-1) 式中 0 2 e e g m = 为旋磁比， 0 为真空磁导率，e和me分别为电子电 量和电子质量，g为电子的朗德因子，理论上g＝2。 在外加恒定磁场B作用下，磁矩M绕B进动不会很久，因为铁磁 物质的自旋磁矩与晶格或邻近的磁矩存在着耦合作用，与周围环境 之间存在着能量的交换。由于铁磁介质内部有损耗存在，使磁化强 度矢量M的进动受到阻力，绕着外磁场B进动的幅角θ会逐渐减小，最后M将指向B的方向。如果要维 图 3-4-1 磁化强度矢量 M 绕外磁场的进动
持其进动，必须另外提供能量，这个能量由交变磁场Bm(微波磁场)提供。因此一般来说外加磁场 由两部分组成 是外加恒定磁场B ,二是微波磁场B。当外加微波磁场B的角频率。与磁化强度 矢量进动的角烦率)相等时，铁磁物质吸收外界微波的能量用以克服阻尼并维持进动，这就发生 了铁磁共振吸收现象。 从量子力学观点来看，构成铁磁物质的原子或离子含有未成对由子，对铁磁物质施加外磁场B 时，这些未成对电子的自旋磁矩会发生塞曼分裂，分裂的相邻能级差为△E(△E=gB )。此时 再使铁磁物质处于微波磁场B中，并且微波磁场的能量子，h刚好等于△E时，就会发生铁磁共振现 象。因此，铁磁共振发生时，满足 △E=g4aB=,h=yhB或=yB (3-4-2) eh=9.274×10JT为波尔磁子.吸收过程发生能级跃迁的选择定则为△m=- 式中“g2m。 的能级跃迁」 二.磁性材料的磁导率和铁磁共振线宽 铁磁体的磁导率表示磁性材料被磁化的难易程度，交变磁场条件下，磁导率μ为复数，可表 示为 4='-i" (3-43) 式中实部决定磁性材料中储存的磁能，虚部μ反映 磁性材料的磁能损耗。 当发生铁磁共振时，铁磁体的磁能损耗最大，磁导 率的虑部”与恒定磁场B的关系曲线上出现共根峰 如图3-4-2所示。4“的最大值口”对应的磁场B称为 共振磁场。4的1/2两点对应的磁场间隔(B2一B1)称 为铁磁共振线宽△B。铁磁共振线宽是铁磁材料的一个 重要参量，其大小标志着磁损并的大小，一般△B拔窄 B Bo B2 磁能损耗越低。测量△B对于研究铁磁共振的机理是 分重要的。 图34-2铁磁共振曲线 三.驰豫过程和驰豫时间 铁磁体从铁磁共振的状态回到平衡状态（沿着外磁场的状态）的过程称为弛豫过程。弛豫所 需的特征时间称为弛豫时间， 定义为M在趋于平衡过程中与平衡态的偏差量减少到初始值的1e时 所经历的时间。M在外加磁场方向的分量趋于平衡值所需的特征时间称为纵向弛豫时间T:M在 垂直于外加磁场方向的分量趋于平衡值所需的特征时间称为横向弛豫时间：一般铁磁体的T≈ 万，故二者统称为弛豫时间T,有 2 T= (3-4-4) 弛像过程微观机制的量子力学解释为：M的进动能量通过磁矩间的相互作用转化为磁矩的其他 运动方式的能量，或者通过磁矩与晶格的耦合转化为晶格的振动能量，前者称为自旋自旋弛豫，后 者称为自旋品格弛豫，分别对应于经典的横向和纵向弛豫。弛豫时间T与△B的关系可以通过量子 力学的不确定原理推出。弛豫时间对应于塞曼能级的平均寿命，根据不确定原理，塞曼能级的宽度
持其进动，必须另外提供能量，这个能量由交变磁场Bm（微波磁场）提供。因此一般来说外加磁场 由两部分组成：一是外加恒定磁场B，二是微波磁场Bm。当外加微波磁场Bm的角频率 0 与磁化强度 矢量M进动的角频率 相等时，铁磁物质吸收外界微波的能量用以克服阻尼并维持进动，这就发生 了铁磁共振吸收现象。 从量子力学观点来看，构成铁磁物质的原子或离子含有未成对电子，对铁磁物质施加外磁场B 时，这些未成对电子的自旋磁矩会发生塞曼分裂，分裂的相邻能级差为E（ = E g B B ）。此时 再使铁磁物质处于微波磁场Bm中，并且微波磁场的能量子 0 刚好等于E时，就会发生铁磁共振现 象。因此，铁磁共振发生时，满足 = = = E g B B B 0 或 0 = B (3-4-2) 式中 e B m e 2 = 24 1 9.274 10− − = J T 为波尔磁子。吸收过程发生能级跃迁的选择定则为 = − m 1 的能级跃迁。 二. 磁性材料的磁导率和铁磁共振线宽 铁磁体的磁导率μ表示磁性材料被磁化的难易程度，交变磁场条件下，磁导率 为复数，可表 示为 = − i (3-4-3) 式中实部 决定磁性材料中储存的磁能，虚部 反映 磁性材料的磁能损耗。 当发生铁磁共振时，铁磁体的磁能损耗最大，磁导 率的虚部 与恒定磁场 B 的关系曲线上出现共振峰， 如图 3-4-2 所示。 的最大值 '' m 对应的磁场 B0称为 共振磁场。 '' m 的 1/2 两点对应的磁场间隔（B2－B1）称 为铁磁共振线宽 ΔB。铁磁共振线宽是铁磁材料的一个 重要参量，其大小标志着磁损耗的大小，一般 ΔB 越窄， 磁能损耗越低。测量 ΔB 对于研究铁磁共振的机理是十 分重要的。 三. 弛豫过程和弛豫时间 铁磁体从铁磁共振的状态回到平衡状态（M 沿着外磁场的状态）的过程称为弛豫过程。弛豫所 需的特征时间称为弛豫时间，定义为 M 在趋于平衡过程中与平衡态的偏差量减少到初始值的 1/e 时 所经历的时间。M 在外加磁场方向的分量趋于平衡值所需的特征时间称为纵向弛豫时间 T1；M 在 垂直于外加磁场方向的分量趋于平衡值所需的特征时间称为横向弛豫时间 T2；一般铁磁体的 T1≈ T2，故二者统称为弛豫时间 T，有 2 T B = （3-4-4） 弛豫过程微观机制的量子力学解释为：M 的进动能量通过磁矩间的相互作用转化为磁矩的其他 运动方式的能量，或者通过磁矩与晶格的耦合转化为晶格的振动能量，前者称为自旋-自旋弛豫，后 者称为自旋-晶格弛豫，分别对应于经典的横向和纵向弛豫。弛豫时间 T 与 ΔB 的关系可以通过量子 力学的不确定原理推出。弛豫时间对应于塞曼能级的平均寿命 t，根据不确定原理，塞曼能级的宽度 图 3-4-2 铁磁共振曲线
△Exh/1,故△0c1/t,根据(3-4-1)式，△0=MBx1/1。测量弛豫时间对于研究分子运动及 其相互作用具有重要意义。 四.微波谐振腔法测量铁磁共振线宽 铁磁共振是铁磁物质的电子自旋共振，因而与微波电子自旋共振实验一样，可选用微波谐振 脑为样品提供交变磁场，不同的是电子自旋共振实验用的是反射式谐振腔，本实验用的是传输式 谐振腔。通过诺振腔的谐振曲线来测量铁磁共振线宽。 1.谐振腔的品质因数 品质因数Q是谐振腔的一个重要参数，可表示为 Q-40 (3.4.5) 式中心是谐振角频率，形是腔内总储能，W,是每秒耗能（损耗功率）。品质因数Q表示的是谐振 路本身的特性，故称为固有品质因数或无载品质因数。越大，功率的消耗越小。谐振腔放样品时 的品质因数称为有载品质因数Q,Q和Q的关系可表示为 1 11 (3.4.6) 式中Q为谐振腔的外界品质因数，表示外电路与谐振回路之间耦合的强弱，通常Q越小耦合越强， Q越低。 T0↑ 2.谐振腔的谐振曲线 谐振腔的传输系数T)与频率的关系曲线称为 T(6) 谐振腔的谐振曲线，如图34-3所示，谐振曲线越窄， 谐振腔的频率选择性越好，此时其有载品质因数Q: 可表示为 T(6 f (3-4-7) 式中6为谐振频率，人和5分别为谐振曲线半高宽对 应的频率。 斤6 3.传输式谐振腔法测量铁磁共振线宽的原理 图34-3传输式谐振腔的谐振曲线 微波谐振腔中放入样品后，会引起谐振腔的谐 振频率和品质因数的变化，由于样品很小，可以看成是一个微扰，此时可以假设：放入样品后所引 起的谐振频率的变化很小，只有样品所在位置的电磁场发生变化，腔内其他位置的电磁场的变化可 以忽略不计。样品的位置处于磁场最大和电场最小处，这就可以把样品的磁效应和电效应分离。根 据腔的微扰理论有
E / t ，故 1/ t ，根据（3-4-1）式， = B t 1/ 。测量弛豫时间对于研究分子运动及 其相互作用具有重要意义。 四. 微波谐振腔法测量铁磁共振线宽 铁磁共振是铁磁物质的电子自旋共振，因而与微波电子自旋共振实验一样，可选用微波谐振 腔为样品提供交变磁场，不同的是电子自旋共振实验用的是反射式谐振腔，本实验用的是传输式 谐振腔。通过谐振腔的谐振曲线来测量铁磁共振线宽。 1. 谐振腔的品质因数 品质因数Q0是谐振腔的一个重要参数，可表示为 0 0 0 l W Q W = （3-4-5） 式中ω0是谐振角频率，W0是腔内总储能，Wl是每秒耗能（损耗功率）。品质因数Q0表示的是谐振回 路本身的特性，故称为固有品质因数或无载品质因数。 Q0越大，功率的消耗越小。谐振腔放样品时 的品质因数称为有载品质因数QL，Q0和QL的关系可表示为 1 1 1 Q Q Q L E = + （3-4-6） 式中QE为谐振腔的外界品质因数，表示外电路与谐振回路之间耦合的强弱，通常QE越小耦合越强， QL越低。 2. 谐振腔的谐振曲线 谐振腔的传输系数T(f)与频率f的关系曲线称为 谐振腔的谐振曲线，如图3-4-3所示，谐振曲线越窄， 谐振腔的频率选择性越好，此时其有载品质因数QL 可表示为 0 1 2 L f Q f f = − （3-4-7） 式中f0为谐振频率，f1和f2分别为谐振曲线半高宽对 应的频率。 3. 传输式谐振腔法测量铁磁共振线宽的原理 微波谐振腔中放入样品后，会引起谐振腔的谐 振频率和品质因数的变化，由于样品很小，可以看成是一个微扰，此时可以假设：放入样品后所引 起的谐振频率的变化很小，只有样品所在位置的电磁场发生变化，腔内其他位置的电磁场的变化可 以忽略不计。样品的位置处于磁场最大和电场最小处，这就可以把样品的磁效应和电效应分离。根 据腔的微扰理论有 T(f) T(f0) O f1 f0 f2 f 2△f1/2 图 3-4-3 传输式谐振腔的谐振曲线
五=-A-I 6 (3-4-8 哈=4 式中A为与谐振腔的尺寸和样品大小有关的常数，可表示为 A=- 2 (3.4.9 +()1 ap 式中K,和%分别为样品和谐振腔的体积。 当放入谐振腔内的铁氧体小球体积很小，并放在腔内磁场最大处，而且谐振腔始终保持谐振， 微波输入功率保持恒定 则谐振腔的传输系数可表示为 ())40 (3-4-10) P(fo)OOE2 式中P)和PU6)分别为谐振腔的输入功率和输出功率，Q1和Q分别为输入孔和输出孔的外 界品质因数，因此有 (3-4-11) 222 AD 即在保证腔的输入功率Pf)不变时，腔的输出功率P(6)xQ 由图34-2、 式(348)和式(3-4-11)可知 ,要测量铁磁共振 线宽△B,就要测出4”值的变化，即要测量QL值的变化△Q,而 Q值的变化可通过测量谐振腔的输出功率P的变化反映出来，即 AB PO,→"→△B,这就是测量铁磁共振线宽△B的原理。恒定磁 场B由零开始逐渐增大 对应每一个B测出 就可得到图3 44所示的PB关系曲线。图344中，P为远离共振区时的诰振腔 输出功率，P,为共振时的输出功率，P为半共振点的输出功率。 在共根区域由于样品的铁磁共振损耗，使输出功率降低。半共振点 B:Bo B2 的输出功率 (相当于4，=124，点)与共振时的输出功率P,和 远离共振区时的输出功率Po的关系为 图3-4-4 谐振腔输出功率P与恒 定磁场B关系曲线 Pn= (3-4-12) +1 与P:对应的外加恒定磁场之差即为共振线宽△B。但在实测共振曲线时，必须考虑样品的以会 引起谐振频率的偏离（频散效应）。要消除频散，必须使装有样品的谐振腔频率始终与输入诺振腔 的微波频率相同（调谐），才可以测得精确的共振曲线和△B,这就需要对输入的微波频率进行多沙 调谐，这在实验中很难做到，但频散效应又不能忽略。因而考虑频散效应的影响，对式(3-4-12)进 行修正后可得
0 0 ( 1) 1 ( ) 4 L f f A f A Q − = − − = （3-4-8） 式中 A 为与谐振腔的尺寸和样品大小有关的常数，可表示为 2 0 2 [1 ( ) ] Vs A l V ap = + （3-4-9） 式中 Vs 和 V0 分别为样品和谐振腔的体积。 当放入谐振腔内的铁氧体小球体积很小，并放在腔内磁场最大处，而且谐振腔始终保持谐振， 微波输入功率保持恒定，则谐振腔的传输系数可表示为 2 i 0 0 0 1 2 ( ) 4 ( ) = ( ) L E E P f Q T f P f Q Q = （3-4-10） 式中 0 ( ) P f i 和 0 P f ( ) 分别为谐振腔的输入功率和输出功率，QE1 和 QE2 分别为输入孔和输出孔的外 界品质因数，因此有 0 2 0 1 2 4 ( ) ( ) i L E E P f P f Q Q Q = （3-4-11） 即在保证腔的输入功率 0 ( ) P f i 不变时，腔的输出功率 2 0 ( ) P f Q L 。 由图 3-4-2、式（3-4-8）和式（3-4-11）可知，要测量铁磁共振 线宽 B ，就要测出 值的变化，即要测量 QL 值的变化 ΔQL，而 QL 值的变化可通过测量谐振腔的输出功率 P 的变化反映出来，即 P→QL→ → B ，这就是测量铁磁共振线宽 ΔB 的原理。恒定磁 场 B 由零开始逐渐增大，对应每一个 B 测出一个 P，就可得到图 3- 4-4 所示的 P-B 关系曲线。图 3-4-4 中，P0 为远离共振区时的谐振腔 输出功率，Pr 为共振时的输出功率，P1/2 为半共振点的输出功率。 在共振区域由于样品的铁磁共振损耗，使输出功率降低。半共振点 的输出功率 P1/2（相当于 '' r =1/2 '' r 点）与共振时的输出功率 Pr 和 远离共振区时的输出功率 P0 的关系为 （3-4-12） 与 P1/ 2 对应的外加恒定磁场之差即为共振线宽ΔB。但在实测共振曲线时，必须考虑样品的 会 引起谐振频率的偏离（频散效应）。要消除频散，必须使装有样品的谐振腔频率始终与输入谐振腔 的微波频率相同（调谐），才可以测得精确的共振曲线和ΔB，这就需要对输入的微波频率进行多次 调谐，这在实验中很难做到，但频散效应又不能忽略。因而考虑频散效应的影响，对式（3-4-12）进 行修正后可得 2 0 0 1/ 2 1 4 + = pr p P P 图 3-4-4 谐振腔输出功率 P 与恒 定磁场 B 关系曲线
(3-413) 在平方检波律条件下，检波晶体管的检波电流严∝P,则有 21212 (3-4-14) 式中6为远离共振区时的检波电流，为共振时的检波电流。这样就可以由P-B曲线测定共振线宽△B。 【实验器材】 实验器材主要包括磁共振实验仪、微波系统、磁场系统、示波器、多品YG小球样品等。实验装 置框图见图3-45。微波发生器输出波长为3cm左右的微波信号， 经隔离 、衰减器和波长表等进入 谐振腔。谐振腔是截面为a×b(a>b)、长为的一段波导，两端用金属片封闭。谐振腔两端都有耦合孔， 一端进入电磁波，另一端泄露少量电磁波，以便检测。铁磁介质置于谐振腔微波磁场最大处，使其 处于相互垂直的恒定磁场B和微波磁场Bm中，样品与诺振腔构成一个谐振系统。当发生铁磁共振时， 样品因发生铁磁共振产生能量损耗，使微波输出功率降低。外部恒定磁场由电磁铁提供，分为直流 恒定磁场和扫描破场（扫场）两部分 信号源 电磁铁 示波器 场 扫场 磁共报实验 图345铁磁共振实验装置框图 【实验内容】 一.基础性实验内容 1.观测谐振腔的谐振特性 (1)三厘米固态信号源“电表显示”置“电压”，“工作状态”置“等幅”，开电源，预热10 分钟。 (2)测出谐振腔的腔长，估算谐振腔的各个可能谐振频率
0 1/2 0 2 r r P P P P P = + (3-4-13) 在平方检波律条件下，检波晶体管的检波电流 2 I P ，则有 r r I I I I I 2 0 2 2 2 0 1/ 2 2 2 + = (3-4-14) 式中I0为远离共振区时的检波电流，Ir为共振时的检波电流。这样就可以由I 2 -B曲线测定共振线宽ΔB。 【实验器材】 实验器材主要包括磁共振实验仪、微波系统、磁场系统、示波器、多晶YIG小球样品等。实验装 置框图见图3-4-5。微波发生器输出波长λ为3cm左右的微波信号，经隔离器、衰减器和波长表等进入 谐振腔。谐振腔是截面为a×b (a>b)、长为l的一段波导，两端用金属片封闭。谐振腔两端都有耦合孔， 一端进入电磁波，另一端泄露少量电磁波，以便检测。铁磁介质置于谐振腔微波磁场最大处，使其 处于相互垂直的恒定磁场B0和微波磁场Bm中，样品与谐振腔构成一个谐振系统。当发生铁磁共振时， 样品因发生铁磁共振产生能量损耗，使微波输出功率降低。外部恒定磁场由电磁铁提供，分为直流 恒定磁场和扫描磁场（扫场）两部分。 【实验内容】 一. 基础性实验内容 1. 观测谐振腔的谐振特性 （1）三厘米固态信号源“电表显示”置“电压”，“工作状态”置“等幅”，开电源，预热 10 分钟。 （2）测出谐振腔的腔长l，估算谐振腔的各个可能谐振频率。 图 3-4-5 铁磁共振实验装置框图
(3)调节微波频率使谐振腔谐振，测量谐振率，并与谐振腔上标出的谐振频率对比分析。 2.观测铁磁共振 (1)在无样品谐振腔谐振条件下放入待测样品，加上扫场并调节恒定磁场电流，使示波器显示 等间隔的铁磁共振吸收峰，观察和记录铁磁共振信号，分析调节过程中铁磁共振信号图像的变化少 及产生的原因。 (2)测量发生铁磁共振时的磁场，计算朗德因子g和旋磁比，并与理论值对比分析 (3)测量铁磁共振线宽△B和弛豫时间T。扫场调到零，在恒定磁场远离共振区时（恒定磁场激 励电流小于1.2A和小于2.2A),测量和记录远离共振区的磁场大小以及检波电流。在恒定磁场激励 电流为12A~2.2A之间选取一系列值，测量对应的磁场大小和检波电流，作出P-B曲线，分析曲线特 性，计算共振线宽△B和池豫时间T。 (4)根据P-B曲线确定的共振磁场，计算朗德因子g和旋磁比，并与(2)测量结果对比分析 二.设计性实验内容 根据现有实验条件，查阅文献资料、自主设计实验方案，测量YIG样品的复介电常数。实验要 求：阐述实验基本原理和方法，说明测量系统组成和基本实验步骤，进行实际实验测量，选择合理 方法处理实验数据，分析与讨论实验结果 【注意事项】 1.微波检波器输出两线不能短路，否则会损坏检波品体。 2.微波意减器尽量调到衰减较大的位置，保证输出功率移用即可。 3.调整磁场和扫场应缓慢转动电流调节旋钮，不要长时间保持大电流，测量后电流应及时调到 零。 【思考与讨论】 1.复磁导率的Ⅱ和“”分别反映了磁性材料的什么特性？ 2.用传输式谐振腔法测量铁磁共振线宽应保证哪些实验条件？为什么？ 3.为什么实验测量的P-B曲线能代表铁磁共振！”-B曲线？ 4.测量铁磁共振线宽时能否从P-B曲线中，取曲线高度一半处对应的磁场间隔作为△B?为什么？ 【参考文献】 [山熊俊.近代物理实验.北京师范大学出版社，2007. 2☒]史庆藩.英汉近代物理实验.国防工业出版社，2010 3]张天桔，董有尔.近代物理实验.科学出版社，2004. [4魏克珠，蒋仁培，李士根。微波铁氧体新技术与应用.。科学出版社，2013 「5引高铁车，孟样省，王书运.近代物理实验.科学出版社，2009
（3）调节微波频率使谐振腔谐振，测量谐振频率，并与谐振腔上标出的谐振频率对比分析。 2. 观测铁磁共振 （1）在无样品谐振腔谐振条件下放入待测样品，加上扫场并调节恒定磁场电流，使示波器显示 等间隔的铁磁共振吸收峰，观察和记录铁磁共振信号，分析调节过程中铁磁共振信号图像的变化以 及产生的原因。 （2）测量发生铁磁共振时的磁场，计算朗德因子g和旋磁比γ，并与理论值对比分析。 （3）测量铁磁共振线宽ΔB和弛豫时间T。扫场调到零，在恒定磁场远离共振区时（恒定磁场激 励电流小于1.2A和小于2.2A），测量和记录远离共振区的磁场大小以及检波电流。在恒定磁场激励 电流为1.2A~2.2A之间选取一系列值，测量对应的磁场大小和检波电流，作出I 2 -B曲线，分析曲线特 性，计算共振线宽ΔB和弛豫时间T。 （4）根据I 2 -B曲线确定的共振磁场，计算朗德因子g和旋磁比γ，并与（2）测量结果对比分析。 二. 设计性实验内容 根据现有实验条件，查阅文献资料、自主设计实验方案，测量 YIG 样品的复介电常数。实验要 求：阐述实验基本原理和方法，说明测量系统组成和基本实验步骤，进行实际实验测量，选择合理 方法处理实验数据，分析与讨论实验结果。 【注意事项】 1．微波检波器输出两线不能短路，否则会损坏检波晶体。 2．微波衰减器尽量调到衰减较大的位置，保证输出功率够用即可。 3．调整磁场和扫场应缓慢转动电流调节旋钮，不要长时间保持大电流，测量后电流应及时调到 零。 【思考与讨论】 1．复磁导率的 和 分别反映了磁性材料的什么特性？ 2．用传输式谐振腔法测量铁磁共振线宽应保证哪些实验条件？为什么？ 3．为什么实验测量的I 2 -B曲线能代表铁磁共振 -B曲线？ 4．测量铁磁共振线宽时能否从I 2 -B曲线中，取曲线高度一半处对应的磁场间隔作为ΔB？为什么？ 【参考文献】 [1] 熊俊．近代物理实验．北京师范大学出版社，2007． [2] 史庆藩．英汉近代物理实验．国防工业出版社，2010． [3] 张天喆，董有尔．近代物理实验．科学出版社，2004． [4] 魏克珠，蒋仁培，李士根．微波铁氧体新技术与应用．科学出版社，2013． [5] 高铁军，孟祥省，王书运．近代物理实验．科学出版社，2009．