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有做过铁磁共振实验的大侠吗?

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发表于 2014-12-25 18:32:14 | 显示全部楼层 |阅读模式
1金钱
非常想知道铁磁共振实验的过程、现象、总结的经验等。求前辈们指教。

发表于 2015-1-6 21:58:16 | 显示全部楼层
优酷网上好像有视频~~~~具体名称不记得了
发表于 2018-1-8 16:32:21 | 显示全部楼层
        铁磁共振实验

主讲人: 中国科学技术大学 邱正明

段落:

  基本原理  实验设备  实验原理  实验要求和实验指导
       

基本原理

铁磁共振实验是了解铁原子中电子的磁共振现象。

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:

      (1)

其中:γ为旋磁比,为约化普朗可常数,B0为稳恒外磁场。

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)

其中:ν为交变电磁场的频率。

当该能量等于粒子分裂后两能级间的能量差时,即:

      (3)

2πν=γB0      (4)

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。

实验设备

图一

a.      样品为铁氧体,提供实验用的铁原子。

b.      电磁铁,提供外磁场,使铁原子能级分裂。

c.      微波,提供能量,使低能级电子跃迁到高能级。

d.      波导,单方向传导微波,使其通过样品。

e.      波长表,测量微波的波长。

f.      谐振腔,其谐振频率与微波的频率相等,进入的微波与其谐振,样品即放在波峰处,该处的微波磁场与外磁场垂直。

g.      固体微波信号源,产生9GHZ左右的微波信号。

h.      隔离器,使微波只能单方向传播。

i.      衰减器,控制微波能量的大小。

j.      输出端,含有微波检波二极管,其输出电流与输入的微波功率成正比。

k.      直流磁场电压源,给电磁铁提供励磁电流,改变输出电压的大小即可改变磁场的大小。

l.      微安表,指示检波电流的大小。

m.      微波电源,为固体微波信号源提供电源。



实验原理

铁磁共振实际上是铁原子的电子自旋顺磁共振,在相同的外磁场中电子能级裂距约为核磁能级裂距的1840倍。所以能级间跃迁所需的能量要比核磁共振需要的能量hν大的多,因此我们用微波(约ν=9GHZ)来提供电子跃迁所需的能量。

在实验中微波的频率ν是固定的,其在谐振腔中样品处的能量hν也是固定的。要产生磁共振电子能级间的能量差必须等于该值,我们改变励磁电流值,使外磁场磁感应强度B变化,因而使电子能级间的能量差随之改变,当其接近于微波能量值时,电子就要吸收微波磁场的能量,产生铁磁共振,表现为检波二极管的输出电流减小,电流最小值对应的外磁场Br为谐振时的磁感应强度值,此时等式成立,Br由实验所测得的共振吸收曲线(图三)求得,ν由波长表测出,γ即可求出。

为什么说波导输出电流最小值对应的磁场强度B为磁共振时的磁场强度值Br?由图二

图二

检波二极管输出的电流正比与其输入微波功率,改变外磁场B实际上改变粒子两能级间的能量差,当它不等于粒子处微波能量时,粒子不吸收微波能量,微波可完全越过粒子到达二极管,使其输出一个较大的电流。继续调节B,当粒子两能级间的能量差等于粒子处微波能量时,粒子吸收微波能量使输出电流减小,其最小值对应的外磁场Br即为磁共振时的磁场强度值。

为什么共振曲线有宽度?可从粒子能级有宽度解释,见书中说明。

《大学物理实验第三册》第131页。

铁磁共振实验要求和实验指导

1.用波长表测微波频率ν

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50μA)。

d.调节波长表使微安表读数达最小值,读取波长表的刻度值,由刻度值和频率对照表求得微波频率。

e.波长表调离谐振点,使微安表读数回到原来近似值。

2.用非逐点调谐法测出曲线:(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(0—最大,约2.5A),每改变一次,记下一组励磁电流(A)和波导输出电流(μA)的值,测一条曲线。查表将励磁电流值(A)转换为对应的磁感应强度B(mT)。(中间点可用插值法估算)。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(最大—0),测出另一条曲线。

e.在同一坐标纸上画出两条I(μA)---B(mT)曲线,由两条曲线分别求B及g因子。最后求出B及g因子平均值。(,γ=g/),,查教材后《物理学常量表》。

图三

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,观察示波器的波形。
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