文档介绍：本节讨论恒定磁场和高频交变磁场共同作用下的铁磁体:
磁化率(磁导率)变为张量,存在损耗的情况下,各张量元均为复数。因磁化率张量是非对称的,电磁波在磁化介质中沿磁化方向传播时,会发生偏振面的旋转,称作旋磁性。
恒定磁场的强度和高频交变磁场的频率满足一定关系时,铁磁体从交变场中吸收的能量达到极大值,我们称之为铁磁共振现象。
交变磁场的幅值超过一定限度时会出现一系列的非线性效应。
铁磁材料的旋磁性和铁磁共振现象在微波器件上有着广泛的应用,是铁氧体磁性材料的重要应用领域。
参考姜书第7章
旋磁性和铁磁共振现象
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摘自kittel 8版p253
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(下面 M=MS,H 都是矢量)
在第二章关于抗磁性的讨论中,我们曾给出原子磁距在外磁场中的运动方程: 是原子磁距,γ是旋磁比,g 是朗德因子。
推广到大块物质上,则是:
由此方程可以看出,当磁距不在磁场方向时,将环绕磁场做进动,永远不会转向磁场方向,显然这与事实不符,必须考虑阻尼项的影响。阻尼的存在使进动能量逐渐消耗,进动角减小直至磁距和磁场平行为止。因此,进动方程的完整表示应为:
进动方向
一. 磁矩进动方程
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阻尼的来源是复杂的,人们唯像地提出了三种表达方式:
朗道-栗弗席兹形式
吉尔伯特形式
布洛赫形式
或:
三种形式对阻尼的表述是不同的,但作用是一致的,处理磁共振问题时可以根据情况选择使用,当进动角很小,损耗也很小时,可以证明它们系数之间的关系是:
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上述方程中的磁场应该指铁磁体内的有效磁场:
为了集中阐明铁磁体在恒磁场和交变场同时作用时的基本性质,我们首先排除恒磁场之外的其它影响,提出如上假定。
1. 无阻尼时的自由进动频率:只存在恒磁场情况
因为有:
这是一个典型的简谐振动方程,其解可以表示为:
恒定值
二. 各向同性、均匀、饱和磁化、无限大样品中的一致进动
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代入方程中有:
有解条件是其系数行列式为零,即:
这就是自由进动频率。代入方程可以证明:
显然进动是右旋的。
进动频率
对自旋系统,g=2,有:
交变磁场在微波频段
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令:
在 h<<H,m<<M 时,可以忽略二次小量,旋磁方程可以写作:
按二元一次方程求解,可以得到:
2. 恒磁场和交变场同时作用下磁导率变为张量,且有共振特性:
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显然,恒磁场和交变磁场共同作用下,磁化率变为张量。其张量元都是频率的函数,在ω=ω0时,发生共振,张量元(在无损耗下)无限大。
出现张量磁化率的意义是:由于进动,某方向上的微波磁感应强度不但与同方向上微波磁场强度有关,也与垂直方向的微波磁场强度有关。或者说某方向上微波磁场不但影响该方向上的磁感应强度,而且还影响垂直方向上的磁感应强度。
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