Исследование ферромагнитного резонанса в ферромагнитных металлах

1. Исследование ферромагнитного резонанса в ферромагнитных металлах

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
"Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого"
Институт электронных и информационных систем
________________________________________________________
Кафедра проектирования и технологии радиоаппаратуры
ИССЛЕДОВАНИЕ ФЕРРОМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА
В ФЕРРОМАГНИТНЫХ МЕТАЛЛАХ
Руководитель
Доцент каф. ПТРА
Татаренко А.С.
Работу выполнила
Студентка гр. 9022
Лаврова И.Г.

2. Введение

ВВЕДЕНИЕ
Ферромагнитные металлы — это твёрдые вещества, способные обладать
намагниченностью в отсутствии внешнего магнитного поля при температуре ниже
точки Кюри, имеющие положительную магнитную восприимчивость, значением
много больше единицы.
Рисунок 1 – Трансформатор
Рисунок 2 – Винчестер для ПК
Рисунок 3 – Магнитный компас

3.

Рисунок 4 – Тонкая
магнитная плёнка на
подложке
Рисунок 6 – Фильтр СВЧ
Рисунок 5 – Детектор
электромагнитного поля

4.

Целью данной работы является исследование ферромагнитного
резонанса в тонких плёнках из различных ферромагнитных металлов.
Для этого необходимо:
– провести литературный обзор ферромагнитных металлов, а также
явления ферромагнитного резонанса;
– провести экспериментальные исследования по обнаружению
ферромагнитного резонанса.

5. Общие сведения о ферромагнитном резонансе

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О
ФЕРРОМАГНИТНОМ РЕЗОНАНСЕ
Ферромагнитный резонанс проявляется в избирательном
поглощении ферромагнетиком энергии электромагнитного
поля при частотах, совпадающих с собственными частотами
прецессии магнитных моментов электронной системы
ферромагнитного образца во внутреннем эффективном
магнитном поле.

6. Методы исследования ФМР

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ФМР
Спектрометрический метод
1 - Спектрометр электронного парамагнитного
резонанса (в его состав входят СВЧ резонатор
(5), СВЧ циркулятор (6), генератор (7), а также
детектор (8) СВЧ колебаний и электромагнит)
2 – Осциллограф
Рисунок 7 – Блок-схема
установки для исследования
ферромагнитного резонанса
спектрометрическим методом
3 – АЦП подключенный к компьютеру
4 - Измеритель магнитной индукции

7.

Метод анализатора цепей
Рисунок 8 – Внешний вид установки (1 – векторный анализатор
цепей Аgilent N5230C, 2 – электромагниты, 3 – источник
постоянного тока Sоrensen DLM 20)

8.

Рисунок 9 – Блок-схема установки

9. Исследуемые образцы

ИССЛЕДУЕМЫЕ ОБРАЗЦЫ
1)
2)
3)
4)
5)
Никель (осаждение)/никель
(напыление)/хром
(подслой)/поликор (подложка);
Никель (напыление)/хром
(подслой)/поликор (подложка) –
образец напылён без магнитного
поля;
Никель (напыление)/хром
(подслой)/поликор (подложка) –
образец напылён при приложении
магнитного поля;
Никель (напыление)/ниобат лития
(подложка)/медь (напыление);
Пермаллой (напыление)/ниобат
лития (подложка)/медь
(напыление).
Рисунок 10 – Внешний вид
образца Ni/LN/Cu под
микроскопом
Рисунок 11 – Внешний вид
образца PM/LN/Cu под
микроскопом

10. Результаты экспериментального исследования ФМР

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО
ИССЛЕДОВАНИЯ ФМР
-12
-12
-12
-16
-16
-20
-20
-16
-24
S21, dB
S21, dB
S21, dB
-20
-24
-28
-28
-28
-32
25,5
26,0
26,5
Рисунок 12 – График
зависимости коэффициента
передачи S21 образца
Ni/Ni/Cr/Аl2О3 от частоты при
величине магнитного поля
H=6500 Э
f, GHz
-24
25,0
25,5
26,0
26,5
27,0
Рисунок 13 – График
зависимости коэффициента
передачи S21 образца
Ni/ Cr/Аl2О3 (без м.п.) от
частоты при величине
магнитного поля H=8000 Э
-32
f, GHz
25,0
25,5
26,0
26,5
27,0 f, GHz
Рисунок 14 – График
зависимости коэффициента
передачи S21 образца
Ni/Cr/Аl2О3 (при м.п.) от
частоты при величине
магнитного поля H=9300 Э

11.

-12
-15
-20
S21, dB
S21, dB
-16
-20
-24
-25
-28
-30
25,0
25,5
26,0
26,5
27,0
f, GHz
Рисунок 15 – График
зависимости коэффициента
передачи S21 образца Ni/LN/Cu от
частоты при величине магнитного
поля H=7300 Э
25,0
25,5
26,0
26,5
27,0 f, GHz
Рисунок 16 – График
зависимости коэффициента
передачи S21 образца
PM/LN/Cu от частоты при
величине магнитного поля
H=7500 Э.

12. Выводы

ВЫВОДЫ
1)
Начальные характеристики определяются измерительной ячейкой на основе микрополосковой линии.
2)
При приложении магнитного поля определённой величины к образцам , наблюдался ферромагнитный
резонанс.
3)
У образцов с подложкой из поликора и напылённым (осаждённым) никелем величина ферромагнитного
резонанса составляет 7-8 дБ, а у образцов с подложкой из ниобата лития и напылёнными никелем и
пермаллоем – 2,5 дБ и 4 дБ. Ширина линии ферромагнитного резонанса: 1)200 МГц, 2)250 МГц, 3) 350
МГц, 4)370 МГц, 5)400 МГц.
H, Э
f, ГГц
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
26,1
26,05
26
25,95
25,9
25,85
25,8
Ni/Ni/Cr/Al2O3 Ni/Cr/Al2O3
(б м/п)
Ni/Cr/Al2O3
(при м/п)
Ni/LN/Cu
PM/LN/Cu
Рисунок 17 – Диаграмма сравнения величины магнитного
поля, при котором возникает ферромагнитный резонанс в
исследуемых образцах
Ni/Ni/Cr/Al2O3 Ni/Cr/Al2O3
(б м/п)
Ni/Cr/Al2O3
(при м/п)
Ni/LN/Cu
PM/LN/Cu
Рисунок 18 – Диаграмма сравнения частоты, при которой
возникает ферромагнитный резонанс в исследуемых образцах

13. Список литературы

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1)
Анализаторы цепей серии PNА, PNА-L, PNА-X компании Agilent. Руководство по эксплуатации
(печатная версия справочной системы). Agilent Technologies, 2004 г. – 610 с.
2)
Гуревич, А.Г. Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках/ А.Г. Гуревич — Наука,
Москва. — 1973 — 591 с.
3)
Гуревич А. Г., Ферриты на сверхвысоких частотах, М., 1960
4)
Корундовая керамика [Электронный ресурс]. URL: https://megаbook.ru/article/Корундовая+керамика
5)
Никель. Свойства и применение [Электронный ресурс].
URL:https://emk24.ru/wiki/stаti_i_svоdnye_tаblitsy/nikel_svоystvа_i_primenenie_4370938/
6)
Ниобат лития [Электронный ресурс]. URL:http://www.tydexoptics.cоm/pdf/ru/Lithium_Niоbate_ru.pdf
7)
Оксидная техническая керамика [Электронный ресурс].
URL:https://vuzlit.ru/426905/oksidnaya_tehnicheskaya_keramika
8)
Пермаллой [Электронный ресурс]. URL:https://ru.wikipedia.org/wiki/Пермаллой
9)
Ферромагнитный резонанс. Явление резонансного поглощения высокочастотного
электромагнитного поля в ферромагнитных веществах/ сборник статей: пер. в англ./ под ред. С.В.
Вонсовского — М.: гос. Изд-во физико-математической литературы — 1961. — 343c.

14. Спасибо за внимание!

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!