振動樣品磁強計-實驗報告

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1、固體物理學實驗報告振動樣品磁強計一．實驗目的1、掌握振動樣品磁強計的基本原理、結構，了解其使用方法；2、掌握磁性樣品的起始磁化曲線和磁滯回線的測量，了解由此分析材料磁性參數(shù)的方法。二．VSM工作原理2.1VSM設備種類介紹振動樣品磁強計主要由電磁鐵系統(tǒng)、樣品強迫震動系統(tǒng)和信號檢測系統(tǒng)組成。根據(jù)驅動樣品振動的方式不同，振動樣品磁強計可分為機械式驅動式(靜電驅動式(圖1a)、(圖1b)和電磁驅動式(圖1c)和等多種。圖1(a)靜電驅動式；(b)機械驅動式；(c)電磁驅動式2.2VSM工作原理振動樣品磁強計的工作原理的物理本質是

2、電磁感應，通過小尺寸樣品在均勻磁場中振動，利用鄰近線圈中的感生電動勢進行磁化強度測量的非積分式感應法系統(tǒng)，是磁性測量技術中的主要設備之一。測量線圈中的感應信號，來源于被磁化的振動樣品在周圍產生的周期性變化磁場。若把小樣品近似看作磁偶極子，則測量線圈中感應電動勢是具有基波和各級諧波成份的頻譜信號。通過理論推導可知，在由基波線圈幾何因子所確定的位置和線圈長度范圍內，二次諧波在串聯(lián)反接的線圈對中的感應電動勢等于零。又由于樣品振幅很?。s0.1mm）,其它高次諧波的作用可忽略不計。因此，振動樣品磁強計中只需要考慮基波成份。這樣，可

3、得振動樣品磁強計的測量方程為：其中，Vx為線圈輸出電壓的有效值；Mm為樣品的磁矩；k為振動樣品磁強計的靈敏度，可由比較法測定，又叫振動樣品磁強計的校準或定標。比較法是用飽和磁化強度σs0已知的標準樣品進行比較測定k。若標準樣品的質量為mS0，裝入磁強計中的振動輸出信號為，則。校準后，將質量為mX的被測樣品替換標準樣品。在振動輸出為Vx時，樣品的比磁化強度為：在測量線圈橫截面內磁場平均值可用中心點磁場表示的近似下，線圈的直徑要非常小，如內徑不超過5mm。兩個測量線圈的總匝數(shù)必須一樣，約為1000匝。考慮到線圈中的感應電動勢在

4、樣品所處的磁場中心位置附近有個非敏感區(qū)（鞍點區(qū)），線圈與樣品的距離也要滿足一定條件。減小線圈間的距離可使測量線圈的輸出信號增大，但鞍點區(qū)將縮小。如果采用四線圈制探測時鞍點區(qū)比雙線圈大些，但靈敏度會降低。振動樣品磁強計的測量方法有兩種：絕對法和差值法。絕對法是根據(jù)測量方程由電壓Vx直接測量樣品的比磁化強度或磁矩的方法。這種方法容易受系統(tǒng)的機械穩(wěn)定性、振源頻率穩(wěn)定性、反饋電路的穩(wěn)定性和放大器的線性度的影響。差值法在磁強計振動桿中部裝一個磁矩已知的基準樣品，并在樣品兩側對稱安裝一對串聯(lián)反接的基準線圈，用以產生基準信號與測量信號進

5、行差值比較，就可消除共有的干擾信號。這種方法可以避免頻率和振幅波動引入測量誤差。由于振動樣品磁強計測得的是相對信號而不是絕對信號，所以每次使用前必須對儀器進行定標。通過對標準樣品的測量得到比例系數(shù)，從而才能確定待測樣品的磁學參數(shù)。2.3VSM應用范圍適用于各種磁性材料：磁性粉末、超導材料、磁性薄膜、各向異性材料、磁記錄材料、塊狀、單晶和液體等材料的測量?？赏瓿纱艤鼐€、起始磁化曲線、退磁曲線及溫度特性曲線、IRM和DCD曲線的測量，具有測量簡單、快速和界面友好等特點。三．實驗數(shù)據(jù)處理3.1垂直Co納米棒陣列方向回線圖2.垂

6、直Co納米棒陣列方向回線3.2平行Co納米棒陣列方向回線圖3.平行Co納米棒陣列方向回線3.3實驗數(shù)據(jù)分析根據(jù)所給數(shù)據(jù)進行分析可得：1.在垂直Co納米棒陣列方向回線中，磁化強度飽和值Ms為4.09838×10-4emu，對應的磁場強度Hs為14974.32Oe，剩余磁化強度Mr為6.12611×10-6；2.在平行Co納米棒陣列方向回線中，磁化強度飽和值Ms為4.06084×10-4emu，對應的磁場強度Hs為9983.926Oe，剩余磁化強度Mr為3.13045×10-4。3.根據(jù)上述數(shù)據(jù)分析，平行Co納米棒陣列相較于垂

7、直Co納米棒陣列有著更強的剩余磁化強度，更加偏向于硬磁材料。