磁性測量概論

（共50頁）磁性磁性測量1謝謝觀賞2019-6-16磁性測量概論

（共50頁）磁性磁性測量概論

希望澄清一些磁學計量概念

幫助

了解數(shù)據(jù)的來源

全面

掌握數(shù)據(jù)的測量方法

促進研究磁性的測量理論與測量技術(shù)目的12謝謝觀賞2019-6-16磁性測量概論希望澄清一些磁學計量概磁性測量概論能夠測量什么量？現(xiàn)有能力潛在能力怎么測量這些量？標準、規(guī)程原理、方法如何保證正確性？量值溯源量具檢定計量Metrology計量Metrology23謝謝觀賞2019-6-16磁性測量概論能夠測量什么量？現(xiàn)有能磁性磁性的起源：原子磁矩未成對電子電子電荷：－e自旋：?磁矩：自旋磁矩＋軌道磁矩原子核電荷：＋e自旋：1磁矩：

N原子磁矩＝電子磁矩＋原子核磁矩Pauli不相容原理＋Hund法則固有34謝謝觀賞2019-6-16磁性磁性的起源：原子磁矩未成對電磁性磁性的起源：原子磁矩電子電荷：－e自旋：?磁矩：自旋磁矩＋軌道磁矩原子核電荷：＋e自旋：1磁矩：

N原子磁矩＝電子磁矩＋原子核磁矩未成對電子Pauli不相容原理＋Hund法則固有35謝謝觀賞2019-6-16磁性磁性的起源：原子磁矩電磁性磁有序的起源：交換相互作用無交換相互作用交換相互作用間接直接超量子力學效應(yīng)全同粒子46謝謝觀賞2019-6-16磁性磁有序的起源：交換相互作用無交換相互作用交換相互磁性物質(zhì)的磁性（內(nèi)稟）電子磁性原子核磁性晶態(tài)系統(tǒng)非晶態(tài)系統(tǒng)磁微粒系統(tǒng)磁稀釋系統(tǒng)共線非共線磁無序抗磁性順磁性抗磁性順磁性－－順磁性－－順磁性核抗磁性核順磁性（核磁性）磁有序鐵磁性非共線鐵磁性散鐵磁性超鐵磁性自旋玻璃（玻磁性）核鐵磁性反鐵磁性非共線反鐵磁性散反鐵磁性超反鐵磁性混磁性核反鐵磁性亞鐵磁性非共線亞鐵磁性散亞鐵磁性－－？核亞鐵磁性超順磁性－－57謝謝觀賞2019-6-16磁性物質(zhì)的磁性（內(nèi)稟）電子磁磁性物體的磁性（表觀@內(nèi)稟）制備工藝相關(guān)物理原理決定尺寸效應(yīng)（退磁因子）（天體基本粒子）結(jié)晶狀態(tài)顯微結(jié)構(gòu)雜質(zhì)狀態(tài)Fe或者鐵Co或者鈷68謝謝觀賞2019-6-16磁性物體的磁性（表觀@內(nèi)稟）制備工藝相關(guān)物理原理決定磁性測量磁性測量的現(xiàn)狀7一、直接測量原子的磁矩二、間接測量原子的磁矩真正測量單原子：磁圓（線）振二向色性

中子散射？

M?ssbauer譜？間接測量單原子：假設(shè)、計算統(tǒng)計平均：總體平均原子核磁矩？再談9謝謝觀賞2019-6-16磁性測量磁性測量的現(xiàn)狀7一、直接測量原子的磁矩二磁性測量磁性測量原則各種譜物質(zhì)力、聲熱電磁光粒子人8盤點我們的本事10謝謝觀賞2019-6-16磁性測量磁性測量原則各物質(zhì)力、聲熱電磁光粒子磁性測量磁性測量原理宏觀物理效應(yīng)微觀物理效應(yīng)磁共振效應(yīng)電磁感應(yīng)原理磁矩測量磁場測量磁通測量間接測量－直接測量911謝謝觀賞2019-6-16磁性測量磁性測量原理宏觀物理效應(yīng)微觀物理效應(yīng)磁磁性測量電磁感應(yīng)原理面積A磁通量1012謝謝觀賞2019-6-16磁性測量電磁感應(yīng)原理面積磁通量1012謝謝觀賞2磁性測量物理效應(yīng)之一：磁－電自旋相關(guān)電子散射磁場－載流子巨磁致電阻效應(yīng)（GMR）超大磁致電阻效應(yīng)（CMR）各項異性磁致電阻效應(yīng)（AMR）磁致隧道效應(yīng)(TMR)一般磁致電阻效應(yīng)（OMR）回旋共振（載流子、離子）Shubnikov－deHaas效應(yīng)Hall效應(yīng)量子Hall效應(yīng)經(jīng)典Hall效應(yīng)分數(shù)Hall效應(yīng)整數(shù)Hall效應(yīng)11磁場中的電輸運13謝謝觀賞2019-6-16磁性測量物理效應(yīng)之一：磁－電自旋相關(guān)電子散射磁磁性測量物理效應(yīng)之二：磁－光磁線振二向色性磁圓振二向色性Faraday效應(yīng)磁雙折射效應(yīng)Cotton－Mouton效應(yīng)Zeeman效應(yīng)磁致激發(fā)光散射（磁振子－光子散射）回旋共振（載流子、離子）光透射模式發(fā)光光譜光子散射光反射模式Kerr效應(yīng)縱向Kerr效應(yīng)極向Kerr效應(yīng)橫向Kerr效應(yīng)1214謝謝觀賞2019-6-16磁性測量物理效應(yīng)之二：磁－光磁線振二向色性磁圓振磁性測量物理效應(yīng)之三：磁－力（聲）磁振子－聲子相互作用磁聲效應(yīng)磁力效應(yīng)磁致伸縮旋磁效應(yīng)扭矩效應(yīng)交變梯度磁強計磁秤（常用的有7種）轉(zhuǎn)矩壓磁效應(yīng)線性效應(yīng)體效應(yīng)圓周效應(yīng)Guillemin效應(yīng)橫向Joule效應(yīng)Brackett效應(yīng)Joule效應(yīng)扭矩減小效應(yīng)勁度系數(shù)效應(yīng)Wiedemann效應(yīng)Einstein－deHass效應(yīng)Barrett效應(yīng)1315謝謝觀賞2019-6-16磁性測量物理效應(yīng)之三：磁－力（聲）磁振子－聲子相磁性測量物理效應(yīng)之四：磁－熱磁致溫差效應(yīng)磁熱效應(yīng)磁卡效應(yīng)1416謝謝觀賞2019-6-16磁性測量物理效應(yīng)之四：磁－熱磁致溫差效應(yīng)磁磁場敏感器件磁性測量物理效應(yīng)之五：磁－磁中子散射（衍射）磁振子相互作用磁結(jié)構(gòu)確定磁疇觀測Lorentz力雜散磁場效應(yīng)磁力（MF）顯微法Bitter（粉紋）法1517謝謝觀賞2019-6-16磁場敏感器件磁性測量物理效應(yīng)之五：磁－磁中子散射磁性測量磁相關(guān)共振亞鐵磁共振（FiMR）反鐵磁共振（AFMR）鐵磁共振（FMR）電子順磁共振（EPR）電子自旋共振（ESR）核磁共振（NMR）M?ssbauer效應(yīng)自旋共振Zeeman能級回旋共振Landau能級回旋共振（載流子、離子）16－SR18謝謝觀賞2019-6-16磁性測量磁相關(guān)共振亞鐵磁共振（FiMR）反鐵磁共磁性測量磁性測量:技術(shù)信號發(fā)生信號變換信號采集信號傳輸信號存儲信號處理電信號光信號模擬技術(shù)數(shù)字技術(shù)1719謝謝觀賞2019-6-16磁性測量磁性測量:技術(shù)信號發(fā)生信號變換信號磁性測量磁性測量:傳統(tǒng)儀器被測量測量量具均勻非均勻磁通穩(wěn)恒磁場磁場傳感器（Hall片、單線圈）Hall片、雙線圈交變磁場Hall片、多線圈雜散磁場磁場傳感器、磁通量具、磁通門磁矩各類磁強計1820謝謝觀賞2019-6-16磁性測量磁性測量:傳統(tǒng)儀器被測磁性測量磁性測量:傳統(tǒng)儀器信號發(fā)生信號變換電磁感應(yīng)空間變化振動樣品、提拉樣品、沖擊法、SQUID磁強計時間變化動態(tài)磁性測量儀、永磁材料測試儀物理效應(yīng)光SMOKE、磁圓（線）振二向色性電交、直流電輸運力磁轉(zhuǎn)矩、磁秤、交變梯度磁強計磁共振穩(wěn)恒磁場微波磁場ESR、FMR、AFMR、NMR、M?ssbauer譜回旋共振1921謝謝觀賞2019-6-16磁性測量磁性測量:傳統(tǒng)儀器信號發(fā)生信號變磁性測量磁性測量:傳統(tǒng)儀器信號采集信號采集方法儀器設(shè)備信號放大方法探測線圈振動樣品磁強計鎖相放大器提拉樣品磁強計積分放大器SQUID磁強計SQUID放大器沖擊法光電檢流計懸絲扭矩、杠桿失衡轉(zhuǎn)矩儀、磁秤光敏電阻、壓電晶體梯度線圈、壓電晶體電壓交變梯度磁強計壓電晶體、前置放大器極化光偏振方向、檢偏器SMOKE光電變換器、前置放大器電阻應(yīng)變片應(yīng)變、激光行程磁致伸縮儀電阻應(yīng)變器、前置放大器（微波）能量吸收各類共振儀器各種RF放大器2022謝謝觀賞2019-6-16磁性測量磁性測量:傳統(tǒng)儀器信號采集信號磁性測量磁性測量:傳統(tǒng)儀器信號傳輸信號存儲信號處理與天斗其樂無窮與地斗其樂無窮2123謝謝觀賞2019-6-16磁性測量磁性測量:傳統(tǒng)儀器信號傳輸信號存磁性測量磁性測量：虛擬

儀器（VI）傳統(tǒng)儀器廠商定義功能虛擬儀器用戶定義功能2224謝謝觀賞2019-6-16磁性測量磁性測量：虛擬儀器（VI）傳統(tǒng)儀器磁性測量磁性測量：虛擬

儀器VirtualInstrumentation--ComputerBasedInstruments2325謝謝觀賞2019-6-16磁性測量磁性測量：虛擬儀器Virtual磁性測量磁性測量：虛擬

儀器24待發(fā)展26謝謝觀賞2019-6-16磁性測量磁性測量：虛擬儀器24待發(fā)展26謝虛擬儀器系統(tǒng)(引用)GPIBSerialDAQProcessorUnitUnderTestVXIImageAcquisitionMotionControlPXIApplicationSoftwareHardware&DriverSoftware

Measurement StudioLabVIEW2527謝謝觀賞2019-6-16虛擬儀器系統(tǒng)(引用)GPIBSer再談磁性測量的現(xiàn)狀磁性：磁體能吸引鐵、鎳等金屬的性能Magnetism：phenomenaassociatedtomagneticfield28謝謝觀賞2019-6-16再談磁性測量的現(xiàn)狀磁性：磁體能吸引鐵、鎳等金屬的性能Magn什么是“磁性”（ZHAO）不僅僅是：MagneticPropertyof

…再談1至少包括：微觀粒子磁矩：質(zhì)子、中子、電子、介子；原子、離子；分子、原子團、顆?！Ｗ拥拇畔嗷プ饔茫航粨Q作用、偶極作用、超精細相互作用；自旋－軌道耦合；分子場、自旋極化率…

宏觀材料本身：磁化強度、矯頑力、磁能積；磁化率、磁導率；居里溫度、磁各向異性…材料與外界條件的相互作用：磁力、磁光、磁熱、磁電、共振…29謝謝觀賞2019-6-16什么是“磁性”（ZHAO）不僅僅是：MagneticPr自旋與軌道磁矩的測量自由粒子的磁矩：－基本解決再談2中子、質(zhì)子（氫離子）、電子、原子、離子、原子團4、磁場偏轉(zhuǎn)（Stern－Gerlach實驗）：中子、質(zhì)子、介子1、電子自旋假設(shè)：G.E.Uhlenbeck和S.Goudsmit（1925）；2、電子自旋理論：P.A.M.Dirac（1928）3、電子自旋測量：Stern－Gerlach實驗（1922）candidateforthemostbeautifulexperiment(RobertPCrease)5、原子核磁矩：核磁共振（NMR）、自旋回波（spinecho）

M?ssbauer效應(yīng)、－介子自旋共振（－SR）

中子衍射（抑制電子的磁性散射）Candidatesforthemostbeautifulexperimentsinphysics（RobertPCrease,紐約石溪分校）Stern－Gerlach實驗（1922年）：電子自旋Michelson－Morley實驗（1887年）：光傳播Cavendish實驗（1776年）：空球殼的電荷分布、電荷作用Weber－Kohlrausch實驗（1856年）：靜止電荷與運動電荷關(guān)系吳健雄實驗（1956年）：弱相互作用的宇稱不守恒…藍色：另有專題30謝謝觀賞2019-6-16自旋與軌道磁矩的測量自由粒子的磁矩：－基本解決再談2中子、自旋與軌道磁矩的測量自由粒子的磁矩：－基本解決再談3中子、質(zhì)子（氫離子）、電子、原子、離子、原子團一般是磁性材料：－基本解決？1、元素分辨的自旋與軌道磁矩：磁二色譜（XMD）2、非元素分辨原子磁矩：中子散射、M?ssbauer譜？3、總體磁矩：1&2，宏觀磁性測量。6、自由粒子的形成：（實現(xiàn)無相互作用的自由狀態(tài)）7、宏觀磁性測量技術(shù)：可用－統(tǒng)計平均凝聚體的電子自旋與軌道磁矩：31謝謝觀賞2019-6-16自旋與軌道磁矩的測量自由粒子的磁矩：－基本解決再談3中子、自旋與軌道磁矩的測量凝聚體的原子核磁矩：－基本解決再談4原子核磁矩的測量途徑：與自由粒子的原子核磁矩相同1、原子核磁矩本身的特性：中子散射：核磁矩與中子磁矩的相互作用（高角）核磁共振：核磁矩基態(tài)亞能級（Zeeman能級）之間躍遷2、原子核磁矩與電子的相互作用：由于磁超精細相互作用的存在：M?ssbauer效應(yīng)：核磁矩基態(tài)與激發(fā)態(tài)之間的能級躍遷；電子自旋共振（ESR）、光譜超精細結(jié)構(gòu)、－SR32謝謝觀賞2019-6-16自旋與軌道磁矩的測量凝聚體的原子核磁矩：－基本解決再談4原磁結(jié)構(gòu)與相互作用磁結(jié)構(gòu)－有效方法不多－點陣分辨1、磁結(jié)構(gòu)的定義：再談5針對材料而言；原子磁矩的空間（幾何）位置、相對取向。2、比較有效的（直接）方法：目前只有中子衍射是測定材料磁結(jié)構(gòu)的有效方法。磁二色譜：元素分辨，提高空間位置分辨率相變方法：磁共振、各種宏觀磁性測量技術(shù)3、其它可以使用的方法：NMR、M?ssbauer譜謹慎33謝謝觀賞2019-6-16磁結(jié)構(gòu)與相互作用磁結(jié)構(gòu)－有效方法不多－點陣分辨1、磁結(jié)構(gòu)的原命題：如果A成立B成立；（A是B的充分條件）逆命題：如果BA成立；（A是B的必要條件）否命題：如果A不成立B不成立；（A是B的必要條件）逆否命題：如果B不成立

A不成立；（A是B的充分條件）原命題與逆否命題一定為真；逆命題和否命題不一定為真；所有命題都為真，則A是B的充分必要條件（充要條件）應(yīng)該注意的問題邏輯如果A成立B成立A是B的充分條件；B是A的必要條件設(shè)“A”＝“具有鐵磁性”；“B”＝“存在磁滯迴線”如果“具有鐵磁性”必然“存在磁滯迴線”如果“存在磁滯迴線”不一定“具有鐵磁性”MTHM反鐵磁性？超順磁性？自旋玻璃？…鐵磁性？亞鐵磁性？超順磁性？…充分條件非必要條件34謝謝觀賞2019-6-16原命題：如果A成立B成立；（A是B的充分條件）應(yīng)該注意一個人的能力

不在于學會了多少知識

而在于學會了使用多少知識35謝謝觀賞2019-6-16一個人的能力

不在于學會了多少知識

而在于學會了使用磁結(jié)構(gòu)與相互作用磁結(jié)構(gòu)－有效方法不多－點陣分辨相變方法：－溫度依賴關(guān)系＋理論再談61、磁共振方法：可以分辨磁性與非磁性；包括（M?ssbauer譜測量鐵磁－順磁轉(zhuǎn)變：譜線劈裂、ESR、FMR、NMR等）2、宏觀磁性測量技術(shù)：測量材料的磁化率－溫度曲線。根據(jù)曲線的特征判斷磁結(jié)構(gòu)。屬于總體平均結(jié)果，不是原子點陣分辨的，只能（定性）說明材料整體處于何種磁結(jié)構(gòu)36謝謝觀賞2019-6-16磁結(jié)構(gòu)與相互作用磁結(jié)構(gòu)－有效方法不多－點陣分辨相變方法：－磁結(jié)構(gòu)與相互作用交換相互作用－磁結(jié)構(gòu)再談7超精細相互作用：磁共振技術(shù)、光譜宏觀磁偶極作用：（大塊材料）力學測量自旋－軌道耦合：ESR、磁二色譜磁偶極作用－？微觀磁偶極作用：理論？M方法？磁共振（也許）磁超精細作用－解決自旋－軌道耦合－？37謝謝觀賞2019-6-16磁結(jié)構(gòu)與相互作用交換相互作用－磁結(jié)構(gòu)再談7超精細相互作用：各種磁場的測量物體外的磁場－空間1、地球范圍內(nèi)的磁場－基本解決再談8各種磁場傳感器：Hall效應(yīng)磁強計、各種磁場電流效應(yīng)（MR）、磁通門磁強計、SQUID、磁光效應(yīng)、NMR…2、地球外宇宙的磁場－無直接測量理論預言：天體物理（中子星、磁星，等等）生物體磁場：SQUID、磁通門磁強計38謝謝觀賞2019-6-16各種磁場的測量物體外的磁場－空間1、地球范圍內(nèi)的磁場－基本各種磁場的測量物體內(nèi)的磁場－辦法不多1、分子場（交換場）－困難再談9磁共振技術(shù)：ESR、NMR、M?ssbauer譜；光譜？規(guī)則形狀：理論修正（宏觀磁性測量）；鐵磁共振（FMR）：Kittel公式不規(guī)則形狀：幾乎不可能分子場（交換場）：？（磁共振AFMR）2、退磁場－比較困難3、磁超精細磁場－解決較好39謝謝觀賞2019-6-16各種磁場的測量物體內(nèi)的磁場－辦法不多1、分子場（交換場）－各種磁場的測量物體內(nèi)的磁場－辦法不多4、磁晶各向異性等效場－宏觀解決較好再談10鐵磁共振：球形樣品，各向異性常數(shù)測量中子衍射、M?ssbauer譜：？磁二色譜：XMCD，Bruno提出（1989年）宏觀磁性測量：磁轉(zhuǎn)矩方法、磁光Kerr效應(yīng)（復旦金曉峰）磁化曲線方法：奇點探測法（SPD）

取向樣品磁化曲線交點40謝謝觀賞2019-6-16各種磁場的測量物體內(nèi)的磁場－辦法不多4、磁晶各向異性等效場宏觀磁性能的測量直流磁性能－解決相當好再談11各種宏觀直流磁性能測量技術(shù)，如：電磁感應(yīng)、力學、光學、磁共振技術(shù)，等。工頻、射頻、微波、遠紅外（馬達、通信、磁共振）磁光效應(yīng)（Faraday、Kerr、XMD）：－基本解決光－磁效應(yīng)：有待研究交流磁性能－解決比較好光頻磁性能41謝謝觀賞2019-6-16宏觀磁性能的測量直流磁性能－解決相當好再談11各種宏觀直流自旋極化率的測量自旋極化率的定義再談122、A.F.Andreev反射：表面（界面）極化狀態(tài)Fermi面附近不同取向的電子自旋態(tài)密度的差？自旋極化率的測量－原理缺陷1、電輸運（隧道效應(yīng)）：－傳導電子的自旋極化3、光電子譜（PES）：XMCD/XMLD－能量分辨差VI超導體VIB42謝謝觀賞2019-6-16自旋極化率的測量自旋極化率的定義再談122、A.F.A動態(tài)磁化過程動態(tài)磁化過程的定義再談13狹義：交流磁化過程（工頻、射頻、微波）廣義：磁化狀態(tài)隨時間變化的具體過程。固定周期的交變磁場、脈沖磁場動態(tài)磁化過程的觀測－快速發(fā)展磁光效應(yīng)：二次諧波Kerr效應(yīng)（SH－MOKE）磁共振：鐵磁共振（FMR）光電子譜（PES）：XMCD/XMLD－能量分辨其它43謝謝觀賞2019-6-16動態(tài)磁化過程動態(tài)磁化過程的定義再談13狹義：交流磁化過程（磁成像技術(shù)雜散磁場成像：－限于物體表面再談14粉紋法（BitterPattern）：磁性顆粒受疇壁雜散場影響。磁力顯微鏡（MFM）：MagneticForceMicroscopy掃描Hall探針（SHP）：ScanningHallProbe掃描SQUID顯微鏡（SSM）：ScanningSQUIDMicroscopy掃描MR顯微鏡（SMRM）：基于磁場電流效應(yīng)，有待發(fā)展Lorentz電子顯微鏡：電子受到的Lorentz力作用電子全息術(shù)：ElectronHolography（1967，Cohen）－干涉

物體表面的磁疇成像：－豐富多彩

物體內(nèi)部的磁疇成像：－進展緩慢兩大類原理：1、雜散磁場成像；2、磁矩本身成像44謝謝觀賞2019-6-16磁成像技術(shù)雜散磁場成像：－限于物體表面再談14粉紋法（Bi磁成像技術(shù)磁矩成像：－磁矩大小、方向再談15磁光Faraday效應(yīng)（MOFE）：內(nèi)部磁疇？磁光Kerr效應(yīng)（MOKE）：表面磁矩成像表面磁光Kerr效應(yīng)（SMOKE）：二次諧波磁光Kerr效應(yīng)(SH-MOKE)：SecondHarmonicMagnetoOpticalKerrEffect－近場光學成像1、光學成像：磁光效應(yīng)2、電子成像：自由電子束，受激發(fā)電子（光電子、二次電子）45謝謝觀賞2019-6-16磁成像技術(shù)磁矩成像：－磁矩大小、方向再談15磁光Farad磁成像技術(shù)磁矩成像：－表面再談16自旋極化低能電子顯微術(shù)（SPLEEM）：Spin-polarizedLowEnergyElectronMicroscopy－表面的自旋相關(guān)準彈性散射自旋極化自由電子束：極化分辨掃描電子顯微鏡（SEMPA）：ScanningElectronMicroscopywithPolarizationAnalysis,－用Mott探測器測量二次電子的自旋極化狀態(tài)二次電子：自旋極化掃描隧道顯微鏡（SP-STM）：Spin-polarizedScanningTunnelingMicroscopy－表面的自旋相關(guān)隧道效應(yīng)彈道電子磁顯微鏡（BEMM）：BallisticElectronMagneticMicroscopy，－自旋相關(guān)的電子散射（彈道電流強弱）46謝謝觀賞2019-6-16磁成像技術(shù)磁矩成像：－表面再談16自旋極化低能電子顯微術(shù)（磁成像技術(shù)磁矩成像：－表面再談17光電發(fā)射電子顯微術(shù)（PEEM）：PhotoemissionElectronMicroscopy－基于磁二色譜的方法光電子（photoemittedelectrons）：－磁二色譜磁圓二色譜(MCD)：MagneticCircularDichroism～M磁線二色譜(MLD)：MagneticLinearDichroism～M2磁二色譜：自旋極化相關(guān)的光吸收譜目前可以進行反鐵磁磁疇觀測的唯一手段？47謝謝觀賞2019-6-16磁成像技術(shù)磁矩成像：－表面再談17光電發(fā)射電子顯微術(shù)（PE磁性相變的測量熱激活、壓力、外磁場引起的相變再談181、宏觀磁性測量：磁化率－溫度、磁場、壓力關(guān)系；2、磁共振效應(yīng)：ESR，F(xiàn)MR，NMR，M?ssbauer效應(yīng)3、磁光效應(yīng)：磁光Faraday效應(yīng)、磁光Kerr效應(yīng)、磁二色譜4、磁性散射：中子衍射自旋波激發(fā)－磁振子1、鐵磁共振：非一致進動的自旋波模式；2、Brillouin光散射：自旋波、聲波聲子；3、磁性散射：中子衍射48謝謝觀賞2019-6-16磁性相變的測量熱激活、壓力、外磁場引起的相變再談181、宏小尺度系統(tǒng)的磁性目前狀態(tài)－正在探索再談191、可進行宏觀（總體）磁性測量：統(tǒng)計平均。2、小尺度系統(tǒng)的特點與要求：具有空間分辨能力，可以研究小尺度本身的磁性；必須具有很高的磁性信號靈敏度；最好具有時間分辨能力，可以研究動態(tài)過程；較高的空間分辨率、磁矩敏感的磁性測量技術(shù)：(候選）SH－MOKE、XMCD/XMLD（PEEM）、電子全息、SEMPA49謝謝觀賞2019-6-16小尺度系統(tǒng)的磁性目前狀態(tài)－正在探索再談191、可進行宏觀（本次講座涉及的內(nèi)容50謝謝觀賞2019-6-16本次講座涉及的內(nèi)容50謝謝觀賞2019-6-16本次講座涉及的內(nèi)容專題系統(tǒng)介紹原理、功能、操作：VSM、超導量子磁強計、多功能物性測量系統(tǒng)磁場產(chǎn)生、測量永磁體、電流磁鐵、超導磁體、脈沖磁場電磁感應(yīng)原理沖擊法、SQUID磁強計、VSM、ESM、奇點探測法磁－力學原理磁天平、磁轉(zhuǎn)矩、交變梯度磁強計回轉(zhuǎn)效應(yīng)磁光效應(yīng)Faraday效應(yīng)、Kerr效應(yīng)、磁二色譜PEEM光散射Brillouin散射光譜磁共振ESR、FMR、AFMR、FiMR、NMRM?ssbauer效應(yīng)磁成像技術(shù)概貌（原理、發(fā)展）磁疇觀測磁結(jié)構(gòu)磁二色譜、宏觀磁性測量中子衍射自旋極化率簡介動態(tài)磁化過程概貌（原理、要求、現(xiàn)狀）TheEnd51謝謝觀賞2019-6-16本次講座涉及的內(nèi)容專題系統(tǒng)介紹原理、功能、操作：VSM、52謝謝觀賞2019-6-1652謝謝觀賞2019-6-16磁性測量概論

（共50頁）磁性磁性測量53謝謝觀賞2019-6-16磁性測量概論

（共50頁）磁性磁性測量概論

希望澄清一些磁學計量概念

幫助

了解數(shù)據(jù)的來源

全面

掌握數(shù)據(jù)的測量方法

促進研究磁性的測量理論與測量技術(shù)目的154謝謝觀賞2019-6-16磁性測量概論希望澄清一些磁學計量概磁性測量概論能夠測量什么量？現(xiàn)有能力潛在能力怎么測量這些量？標準、規(guī)程原理、方法如何保證正確性？量值溯源量具檢定計量Metrology計量Metrology255謝謝觀賞2019-6-16磁性測量概論能夠測量什么量？現(xiàn)有能磁性磁性的起源：原子磁矩未成對電子電子電荷：－e自旋：?磁矩：自旋磁矩＋軌道磁矩原子核電荷：＋e自旋：1磁矩：

N原子磁矩＝電子磁矩＋原子核磁矩Pauli不相容原理＋Hund法則固有356謝謝觀賞2019-6-16磁性磁性的起源：原子磁矩未成對電磁性磁性的起源：原子磁矩電子電荷：－e自旋：?磁矩：自旋磁矩＋軌道磁矩原子核電荷：＋e自旋：1磁矩：

N原子磁矩＝電子磁矩＋原子核磁矩未成對電子Pauli不相容原理＋Hund法則固有357謝謝觀賞2019-6-16磁性磁性的起源：原子磁矩電磁性磁有序的起源：交換相互作用無交換相互作用交換相互作用間接直接超量子力學效應(yīng)全同粒子458謝謝觀賞2019-6-16磁性磁有序的起源：交換相互作用無交換相互作用交換相互磁性物質(zhì)的磁性（內(nèi)稟）電子磁性原子核磁性晶態(tài)系統(tǒng)非晶態(tài)系統(tǒng)磁微粒系統(tǒng)磁稀釋系統(tǒng)共線非共線磁無序抗磁性順磁性抗磁性順磁性－－順磁性－－順磁性核抗磁性核順磁性（核磁性）磁有序鐵磁性非共線鐵磁性散鐵磁性超鐵磁性自旋玻璃（玻磁性）核鐵磁性反鐵磁性非共線反鐵磁性散反鐵磁性超反鐵磁性混磁性核反鐵磁性亞鐵磁性非共線亞鐵磁性散亞鐵磁性－－？核亞鐵磁性超順磁性－－559謝謝觀賞2019-6-16磁性物質(zhì)的磁性（內(nèi)稟）電子磁磁性物體的磁性（表觀@內(nèi)稟）制備工藝相關(guān)物理原理決定尺寸效應(yīng)（退磁因子）（天體基本粒子）結(jié)晶狀態(tài)顯微結(jié)構(gòu)雜質(zhì)狀態(tài)Fe或者鐵Co或者鈷660謝謝觀賞2019-6-16磁性物體的磁性（表觀@內(nèi)稟）制備工藝相關(guān)物理原理決定磁性測量磁性測量的現(xiàn)狀7一、直接測量原子的磁矩二、間接測量原子的磁矩真正測量單原子：磁圓（線）振二向色性

中子散射？

M?ssbauer譜？間接測量單原子：假設(shè)、計算統(tǒng)計平均：總體平均原子核磁矩？再談61謝謝觀賞2019-6-16磁性測量磁性測量的現(xiàn)狀7一、直接測量原子的磁矩二磁性測量磁性測量原則各種譜物質(zhì)力、聲熱電磁光粒子人8盤點我們的本事62謝謝觀賞2019-6-16磁性測量磁性測量原則各物質(zhì)力、聲熱電磁光粒子磁性測量磁性測量原理宏觀物理效應(yīng)微觀物理效應(yīng)磁共振效應(yīng)電磁感應(yīng)原理磁矩測量磁場測量磁通測量間接測量－直接測量963謝謝觀賞2019-6-16磁性測量磁性測量原理宏觀物理效應(yīng)微觀物理效應(yīng)磁磁性測量電磁感應(yīng)原理面積A磁通量1064謝謝觀賞2019-6-16磁性測量電磁感應(yīng)原理面積磁通量1012謝謝觀賞2磁性測量物理效應(yīng)之一：磁－電自旋相關(guān)電子散射磁場－載流子巨磁致電阻效應(yīng)（GMR）超大磁致電阻效應(yīng)（CMR）各項異性磁致電阻效應(yīng)（AMR）磁致隧道效應(yīng)(TMR)一般磁致電阻效應(yīng)（OMR）回旋共振（載流子、離子）Shubnikov－deHaas效應(yīng)Hall效應(yīng)量子Hall效應(yīng)經(jīng)典Hall效應(yīng)分數(shù)Hall效應(yīng)整數(shù)Hall效應(yīng)11磁場中的電輸運65謝謝觀賞2019-6-16磁性測量物理效應(yīng)之一：磁－電自旋相關(guān)電子散射磁磁性測量物理效應(yīng)之二：磁－光磁線振二向色性磁圓振二向色性Faraday效應(yīng)磁雙折射效應(yīng)Cotton－Mouton效應(yīng)Zeeman效應(yīng)磁致激發(fā)光散射（磁振子－光子散射）回旋共振（載流子、離子）光透射模式發(fā)光光譜光子散射光反射模式Kerr效應(yīng)縱向Kerr效應(yīng)極向Kerr效應(yīng)橫向Kerr效應(yīng)1266謝謝觀賞2019-6-16磁性測量物理效應(yīng)之二：磁－光磁線振二向色性磁圓振磁性測量物理效應(yīng)之三：磁－力（聲）磁振子－聲子相互作用磁聲效應(yīng)磁力效應(yīng)磁致伸縮旋磁效應(yīng)扭矩效應(yīng)交變梯度磁強計磁秤（常用的有7種）轉(zhuǎn)矩壓磁效應(yīng)線性效應(yīng)體效應(yīng)圓周效應(yīng)Guillemin效應(yīng)橫向Joule效應(yīng)Brackett效應(yīng)Joule效應(yīng)扭矩減小效應(yīng)勁度系數(shù)效應(yīng)Wiedemann效應(yīng)Einstein－deHass效應(yīng)Barrett效應(yīng)1367謝謝觀賞2019-6-16磁性測量物理效應(yīng)之三：磁－力（聲）磁振子－聲子相磁性測量物理效應(yīng)之四：磁－熱磁致溫差效應(yīng)磁熱效應(yīng)磁卡效應(yīng)1468謝謝觀賞2019-6-16磁性測量物理效應(yīng)之四：磁－熱磁致溫差效應(yīng)磁磁場敏感器件磁性測量物理效應(yīng)之五：磁－磁中子散射（衍射）磁振子相互作用磁結(jié)構(gòu)確定磁疇觀測Lorentz力雜散磁場效應(yīng)磁力（MF）顯微法Bitter（粉紋）法1569謝謝觀賞2019-6-16磁場敏感器件磁性測量物理效應(yīng)之五：磁－磁中子散射磁性測量磁相關(guān)共振亞鐵磁共振（FiMR）反鐵磁共振（AFMR）鐵磁共振（FMR）電子順磁共振（EPR）電子自旋共振（ESR）核磁共振（NMR）M?ssbauer效應(yīng)自旋共振Zeeman能級回旋共振Landau能級回旋共振（載流子、離子）16－SR70謝謝觀賞2019-6-16磁性測量磁相關(guān)共振亞鐵磁共振（FiMR）反鐵磁共磁性測量磁性測量:技術(shù)信號發(fā)生信號變換信號采集信號傳輸信號存儲信號處理電信號光信號模擬技術(shù)數(shù)字技術(shù)1771謝謝觀賞2019-6-16磁性測量磁性測量:技術(shù)信號發(fā)生信號變換信號磁性測量磁性測量:傳統(tǒng)儀器被測量測量量具均勻非均勻磁通穩(wěn)恒磁場磁場傳感器（Hall片、單線圈）Hall片、雙線圈交變磁場Hall片、多線圈雜散磁場磁場傳感器、磁通量具、磁通門磁矩各類磁強計1872謝謝觀賞2019-6-16磁性測量磁性測量:傳統(tǒng)儀器被測磁性測量磁性測量:傳統(tǒng)儀器信號發(fā)生信號變換電磁感應(yīng)空間變化振動樣品、提拉樣品、沖擊法、SQUID磁強計時間變化動態(tài)磁性測量儀、永磁材料測試儀物理效應(yīng)光SMOKE、磁圓（線）振二向色性電交、直流電輸運力磁轉(zhuǎn)矩、磁秤、交變梯度磁強計磁共振穩(wěn)恒磁場微波磁場ESR、FMR、AFMR、NMR、M?ssbauer譜回旋共振1973謝謝觀賞2019-6-16磁性測量磁性測量:傳統(tǒng)儀器信號發(fā)生信號變磁性測量磁性測量:傳統(tǒng)儀器信號采集信號采集方法儀器設(shè)備信號放大方法探測線圈振動樣品磁強計鎖相放大器提拉樣品磁強計積分放大器SQUID磁強計SQUID放大器沖擊法光電檢流計懸絲扭矩、杠桿失衡轉(zhuǎn)矩儀、磁秤光敏電阻、壓電晶體梯度線圈、壓電晶體電壓交變梯度磁強計壓電晶體、前置放大器極化光偏振方向、檢偏器SMOKE光電變換器、前置放大器電阻應(yīng)變片應(yīng)變、激光行程磁致伸縮儀電阻應(yīng)變器、前置放大器（微波）能量吸收各類共振儀器各種RF放大器2074謝謝觀賞2019-6-16磁性測量磁性測量:傳統(tǒng)儀器信號采集信號磁性測量磁性測量:傳統(tǒng)儀器信號傳輸信號存儲信號處理與天斗其樂無窮與地斗其樂無窮2175謝謝觀賞2019-6-16磁性測量磁性測量:傳統(tǒng)儀器信號傳輸信號存磁性測量磁性測量：虛擬

儀器（VI）傳統(tǒng)儀器廠商定義功能虛擬儀器用戶定義功能2276謝謝觀賞2019-6-16磁性測量磁性測量：虛擬儀器（VI）傳統(tǒng)儀器磁性測量磁性測量：虛擬

儀器VirtualInstrumentation--ComputerBasedInstruments2377謝謝觀賞2019-6-16磁性測量磁性測量：虛擬儀器Virtual磁性測量磁性測量：虛擬

儀器24待發(fā)展78謝謝觀賞2019-6-16磁性測量磁性測量：虛擬儀器24待發(fā)展26謝虛擬儀器系統(tǒng)(引用)GPIBSerialDAQProcessorUnitUnderTestVXIImageAcquisitionMotionControlPXIApplicationSoftwareHardware&DriverSoftware

Measurement StudioLabVIEW2579謝謝觀賞2019-6-16虛擬儀器系統(tǒng)(引用)GPIBSer再談磁性測量的現(xiàn)狀磁性：磁體能吸引鐵、鎳等金屬的性能Magnetism：phenomenaassociatedtomagneticfield80謝謝觀賞2019-6-16再談磁性測量的現(xiàn)狀磁性：磁體能吸引鐵、鎳等金屬的性能Magn什么是“磁性”（ZHAO）不僅僅是：MagneticPropertyof

…再談1至少包括：微觀粒子磁矩：質(zhì)子、中子、電子、介子；原子、離子；分子、原子團、顆?！Ｗ拥拇畔嗷プ饔茫航粨Q作用、偶極作用、超精細相互作用；自旋－軌道耦合；分子場、自旋極化率…

宏觀材料本身：磁化強度、矯頑力、磁能積；磁化率、磁導率；居里溫度、磁各向異性…材料與外界條件的相互作用：磁力、磁光、磁熱、磁電、共振…81謝謝觀賞2019-6-16什么是“磁性”（ZHAO）不僅僅是：MagneticPr自旋與軌道磁矩的測量自由粒子的磁矩：－基本解決再談2中子、質(zhì)子（氫離子）、電子、原子、離子、原子團4、磁場偏轉(zhuǎn)（Stern－Gerlach實驗）：中子、質(zhì)子、介子1、電子自旋假設(shè)：G.E.Uhlenbeck和S.Goudsmit（1925）；2、電子自旋理論：P.A.M.Dirac（1928）3、電子自旋測量：Stern－Gerlach實驗（1922）candidateforthemostbeautifulexperiment(RobertPCrease)5、原子核磁矩：核磁共振（NMR）、自旋回波（spinecho）

M?ssbauer效應(yīng)、－介子自旋共振（－SR）

中子衍射（抑制電子的磁性散射）Candidatesforthemostbeautifulexperimentsinphysics（RobertPCrease,紐約石溪分校）Stern－Gerlach實驗（1922年）：電子自旋Michelson－Morley實驗（1887年）：光傳播Cavendish實驗（1776年）：空球殼的電荷分布、電荷作用Weber－Kohlrausch實驗（1856年）：靜止電荷與運動電荷關(guān)系吳健雄實驗（1956年）：弱相互作用的宇稱不守恒…藍色：另有專題82謝謝觀賞2019-6-16自旋與軌道磁矩的測量自由粒子的磁矩：－基本解決再談2中子、自旋與軌道磁矩的測量自由粒子的磁矩：－基本解決再談3中子、質(zhì)子（氫離子）、電子、原子、離子、原子團一般是磁性材料：－基本解決？1、元素分辨的自旋與軌道磁矩：磁二色譜（XMD）2、非元素分辨原子磁矩：中子散射、M?ssbauer譜？3、總體磁矩：1&2，宏觀磁性測量。6、自由粒子的形成：（實現(xiàn)無相互作用的自由狀態(tài)）7、宏觀磁性測量技術(shù)：可用－統(tǒng)計平均凝聚體的電子自旋與軌道磁矩：83謝謝觀賞2019-6-16自旋與軌道磁矩的測量自由粒子的磁矩：－基本解決再談3中子、自旋與軌道磁矩的測量凝聚體的原子核磁矩：－基本解決再談4原子核磁矩的測量途徑：與自由粒子的原子核磁矩相同1、原子核磁矩本身的特性：中子散射：核磁矩與中子磁矩的相互作用（高角）核磁共振：核磁矩基態(tài)亞能級（Zeeman能級）之間躍遷2、原子核磁矩與電子的相互作用：由于磁超精細相互作用的存在：M?ssbauer效應(yīng)：核磁矩基態(tài)與激發(fā)態(tài)之間的能級躍遷；電子自旋共振（ESR）、光譜超精細結(jié)構(gòu)、－SR84謝謝觀賞2019-6-16自旋與軌道磁矩的測量凝聚體的原子核磁矩：－基本解決再談4原磁結(jié)構(gòu)與相互作用磁結(jié)構(gòu)－有效方法不多－點陣分辨1、磁結(jié)構(gòu)的定義：再談5針對材料而言；原子磁矩的空間（幾何）位置、相對取向。2、比較有效的（直接）方法：目前只有中子衍射是測定材料磁結(jié)構(gòu)的有效方法。磁二色譜：元素分辨，提高空間位置分辨率相變方法：磁共振、各種宏觀磁性測量技術(shù)3、其它可以使用的方法：NMR、M?ssbauer譜謹慎85謝謝觀賞2019-6-16磁結(jié)構(gòu)與相互作用磁結(jié)構(gòu)－有效方法不多－點陣分辨1、磁結(jié)構(gòu)的原命題：如果A成立B成立；（A是B的充分條件）逆命題：如果BA成立；（A是B的必要條件）否命題：如果A不成立B不成立；（A是B的必要條件）逆否命題：如果B不成立

A不成立；（A是B的充分條件）原命題與逆否命題一定為真；逆命題和否命題不一定為真；所有命題都為真，則A是B的充分必要條件（充要條件）應(yīng)該注意的問題邏輯如果A成立B成立A是B的充分條件；B是A的必要條件設(shè)“A”＝“具有鐵磁性”；“B”＝“存在磁滯迴線”如果“具有鐵磁性”必然“存在磁滯迴線”如果“存在磁滯迴線”不一定“具有鐵磁性”MTHM反鐵磁性？超順磁性？自旋玻璃？…鐵磁性？亞鐵磁性？超順磁性？…充分條件非必要條件86謝謝觀賞2019-6-16原命題：如果A成立B成立；（A是B的充分條件）應(yīng)該注意一個人的能力

不在于學會了多少知識

而在于學會了使用多少知識87謝謝觀賞2019-6-16一個人的能力

不在于學會了多少知識

而在于學會了使用磁結(jié)構(gòu)與相互作用磁結(jié)構(gòu)－有效方法不多－點陣分辨相變方法：－溫度依賴關(guān)系＋理論再談61、磁共振方法：可以分辨磁性與非磁性；包括（M?ssbauer譜測量鐵磁－順磁轉(zhuǎn)變：譜線劈裂、ESR、FMR、NMR等）2、宏觀磁性測量技術(shù)：測量材料的磁化率－溫度曲線。根據(jù)曲線的特征判斷磁結(jié)構(gòu)。屬于總體平均結(jié)果，不是原子點陣分辨的，只能（定性）說明材料整體處于何種磁結(jié)構(gòu)88謝謝觀賞2019-6-16磁結(jié)構(gòu)與相互作用磁結(jié)構(gòu)－有效方法不多－點陣分辨相變方法：－磁結(jié)構(gòu)與相互作用交換相互作用－磁結(jié)構(gòu)再談7超精細相互作用：磁共振技術(shù)、光譜宏觀磁偶極作用：（大塊材料）力學測量自旋－軌道耦合：ESR、磁二色譜磁偶極作用－？微觀磁偶極作用：理論？M方法？磁共振（也許）磁超精細作用－解決自旋－軌道耦合－？89謝謝觀賞2019-6-16磁結(jié)構(gòu)與相互作用交換相互作用－磁結(jié)構(gòu)再談7超精細相互作用：各種磁場的測量物體外的磁場－空間1、地球范圍內(nèi)的磁場－基本解決再談8各種磁場傳感器：Hall效應(yīng)磁強計、各種磁場電流效應(yīng)（MR）、磁通門磁強計、SQUID、磁光效應(yīng)、NMR…2、地球外宇宙的磁場－無直接測量理論預言：天體物理（中子星、磁星，等等）生物體磁場：SQUID、磁通門磁強計90謝謝觀賞2019-6-16各種磁場的測量物體外的磁場－空間1、地球范圍內(nèi)的磁場－基本各種磁場的測量物體內(nèi)的磁場－辦法不多1、分子場（交換場）－困難再談9磁共振技術(shù)：ESR、NMR、M?ssbauer譜；光譜？規(guī)則形狀：理論修正（宏觀磁性測量）；鐵磁共振（FMR）：Kittel公式不規(guī)則形狀：幾乎不可能分子場（交換場）：？（磁共振AFMR）2、退磁場－比較困難3、磁超精細磁場－解決較好91謝謝觀賞2019-6-16各種磁場的測量物體內(nèi)的磁場－辦法不多1、分子場（交換場）－各種磁場的測量物體內(nèi)的磁場－辦法不多4、磁晶各向異性等效場－宏觀解決較好再談10鐵磁共振：球形樣品，各向異性常數(shù)測量中子衍射、M?ssbauer譜：？磁二色譜：XMCD，Bruno提出（1989年）宏觀磁性測量：磁轉(zhuǎn)矩方法、磁光Kerr效應(yīng)（復旦金曉峰）磁化曲線方法：奇點探測法（SPD）

取向樣品磁化曲線交點92謝謝觀賞2019-6-16各種磁場的測量物體內(nèi)的磁場－辦法不多4、磁晶各向異性等效場宏觀磁性能的測量直流磁性能－解決相當好再談11各種宏觀直流磁性能測量技術(shù)，如：電磁感應(yīng)、力學、光學、磁共振技術(shù)，等。工頻、射頻、微波、遠紅外（馬達、通信、磁共振）磁光效應(yīng)（Faraday、Kerr、XMD）：－基本解決光－磁效應(yīng)：有待研究交流磁性能－解決比較好光頻磁性能93謝謝觀賞2019-6-16宏觀磁性能的測量直流磁性能－解決相當好再談11各種宏觀直流自旋極化率的測量自旋極化率的定義再談122、A.F.Andreev反射：表面（界面）極化狀態(tài)Fermi面附近不同取向的電子自旋態(tài)密度的差？自旋極化率的測量－原理缺陷1、電輸運（隧道效應(yīng)）：－傳導電子的自旋極化3、光電子譜（PES）：XMCD/XMLD－能量分辨差VI超導體VIB94謝謝觀賞2019-6-16自旋極化率的測量自旋極化率的定義再談122、A.F.A動態(tài)磁化過程動態(tài)磁化過程的定義再談13狹義：交流磁化過程（工頻、射頻、微波）廣義：磁化狀態(tài)隨時間變化的具體過程。固定周期的交變磁場、脈沖磁場動態(tài)磁化過程的觀測－快速發(fā)展磁光效應(yīng)：二次諧波Kerr效應(yīng)（SH－MOKE）磁共振：鐵磁共振（FMR）光電子譜（PES）：XMCD/XMLD－能量分辨其它95謝謝觀賞2019-6-16動態(tài)磁化過程動態(tài)磁化過程的定義再談13狹義：交流磁化過程（磁成像技術(shù)雜散磁場成像：－限于物體表面再談14粉紋法（BitterPattern