实验八铁磁共振
0前言
铁磁共振FMR是指铁磁介质在恒定外磁场中，对微波电磁场的共振吸收现象。是铁磁物质中未偶电子，也即是铁磁物质中的电子自旋共振。铁磁共振不仅在实验中已可以观察到，而且在研究铁磁体的共振吸收和旋磁性的基础上，人类发明了铁氧体的微波线性器件；铁磁共振也是研究铁磁体宏观性能与微观结构的有效手段。
1实验目的
1．初步掌握用微波谐振腔方法观察铁磁共振现象。
2．掌握铁磁共振的基本原理和实验方法。
3．测量铁氧体材料的共振磁场Br共振线宽B，旋磁比以及g因子和弛豫时间。
2实验原理
根据磁学理论可知，物质的铁磁性主要来源于原子或离子的未满壳层中存在的非成对电子
自旋磁矩。一块宏观的铁磁体包含有许多磁畴区域，在每一个区域中，自旋磁矩在交换作用的
耦合下彼此平行排列，产生自发磁化，但各个磁畴之间的取向并不完全一致，只有在外磁场的
作用下，铁磁体内部的所有自旋磁矩才保持同一方向，并围绕着外磁场方向作进动。当铁磁物


质同时受到两个相互垂直的磁场即恒磁场B0和微波磁场B1的作用后，磁矩的进动情况将发生



重要的变化。一方面，恒磁场B0使铁磁场物质被磁化到饱和状态，当磁矩M原来平衡方向与B0
有夹角时，B0使磁矩绕它的方向作进动，频率为H

gBB0h
；另一方面，微波磁场B1强



迫进动的磁矩M随着B1的作用而改变进动状态，M的进动频率再不是H了，而是以某一频
率绕着恒磁场B0作进动，同时由于进动过程中，磁矩受到阻尼作用，进动振幅逐渐衰减，如图
（81）所示，微波磁场对进动的磁矩起到不断的补充能量的作用。当维持微波磁场作用时，


且微波频率H时，耦合到M的能量刚好与M进动时受到阻尼消耗的能量平衡时，磁矩就
维持稳定的进动，如图（82）所示。铁磁共振的原理图如图（83）所示。
在恒磁场B0（即dM
H0）和微波磁场B1（即h）的作用下，其进动方程可写为：
（M×H）T81
dt
上式中

g
e2me
为旋磁比，g为朗德因子，B
（即H


）为恒磁场B0（即H0）和微波
82
f



磁场B1（即h）合成的总磁场，T为阻尼力矩，此系统从微波磁场B1中所吸收的全部能量，
恰好补充铁磁样品通过某机制所损耗的能量。阻尼的大小还意味着进动角度减少的快慢，减少得快，趋于平衡态的时间就短，反之亦然。因此这种阻尼可用弛豫时间来表示，的定义
是进动振幅减小到原来最大振幅的1e所需要的时间。
图（81）进动振幅逐渐衰减
图r