Феромагнітний резонанс

Феромагнітний резонанс — один з різновидів електронного магнітного резонансу.

Історія відкриття

В. Аркадьєв на тлі осциллограмм феромагнітного резонансу .



Поштова марка Росії. 2000 р

Гіпотезу про явище, назване пізніше феромагнітним резонансом, першим висловив майбутній академік Володимир Аркадьєв. Підставою стали експерименти 1911—1913 років, в ході яких він спостерігав вибірковий характер поглинання сантиметрових електромагнітних хвиль феромагнетиками. Пізніше, в 1923 році, Яків Дорфман, досліджуючи розщеплення ліній атомних спектрів в магнітному полі, так званий ефект Зеемана, обґрунтував припущення В. Аркадьєва, виходячи з міркувань квантової фізики. У 1935 році, радянським фізикам Л. Д. Ландау і Є. М. Ліфшиць вдалося вивести рівняння динамічної магнітної сприйнятливості, що стало математичною основою теорії феромагнітного резонансу. У 1948 році американець Чарльз Кіттель описав зв'язок феромагнітного резонансу з формою зразка і магнітною анізотропією матеріалу. Експериментально феромагнітний резонанс в металах вперше, в 1946 р, виявив Дж. Гріффітс (англ. J. Н. К. Griffiths), а в феритах, в 1949 р., У. Хьюітт (англ. W. Н. Hewitt).

Опис явища

Феромагнітний резонанс проявляється у вибірковому поглинанні феромагнетиком енергії електромагнітного поля при частотах, що збігаються з власними частотами прецесії магнітних моментів електронної системи феромагнітного зразка у внутрішньому ефективному магнітному полі. Або іншими словами, це нестабільні збудження по всьому об'ємі зразка коливань однорідної прецесії вектора намагніченості, що викликаються магнітним НВЧ-полем, перпендикулярним постійному намагніченому полі.

Феромагнітний резонанс виявляється методами магнітної радіоспектроскопії. Його основні характеристики — резонансні частоти, релаксація, форма і ширина ліній поглинання, нелінійні ефекти, визначаються колективною багатоелектронною природою феромагнетизму. При цьому, наявність доменної структури в феромагнетику ускладнює процес, приводячи до можливості появи декількох резонансних піків, а резонансне поглинання НВЧ енергії викликає його локальний нагрів.

Частота феромагнітного резонансу плоского зразка в паралельному зовнішньому полі $B$ обчислюється за формулою Ч. Кіттеля (англ. С. Kittel):

$f={\frac {\gamma }{2\pi }}{\sqrt {B(B+\mu _{0}M)}}$ ,

де $M$- намагніченість феромагнетика, $\mu _{0}$ — магнітна стала (магнітна проникність вакууму), а $\gamma$ — гіромагнітне співвідношення.

Використання

Використання явища феромагнітного резонансу лежить в основі роботи багатьох надвисокочастотних пристроїв: резонансних вентилів і фільтрів, параметричних підсилювачів і перетворювачів частоти, обмежувачів потужності.

Див. також

• антиферомагнітний резонанс
• Електронний парамагнітний резонанс
• Ядерний магнітний резонанс
• Ядерний квадрупольний резонанс