微波鐵氧體的工作原理–旋磁性

????????旋磁性——材料在穩(wěn)恒磁場(chǎng)H₀和微波磁場(chǎng)h的共同作用下，所顯示出來的磁導(dǎo)率張量特性和鐵磁共振等特性。旋磁性起源于電子自旋磁矩圍繞H₀所作的本征頻率ω₀=gH₀的右旋進(jìn)動(dòng)(拉摩進(jìn)動(dòng))，見圖5。

????????當(dāng)只有穩(wěn)恒磁場(chǎng)H₀作用時(shí)，由于有阻尼，M繞H₀的進(jìn)動(dòng)夾角β會(huì)隨著能量的損耗而逐漸減小，很快轉(zhuǎn)向H₀方向(圖6)。當(dāng)加以交變磁場(chǎng)h(垂直于H₀)后，交變場(chǎng)會(huì)對(duì)進(jìn)動(dòng)著的M給予能量補(bǔ)充，使M以外加交變場(chǎng)的頻率ω繼續(xù)進(jìn)動(dòng)下去。

????????張量磁導(dǎo)率和張量磁化率將交變磁場(chǎng)h與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的交變分量b和磁化強(qiáng)度M的交變分量m聯(lián)系了起來: b=×h, m=×h。

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????????張量磁導(dǎo)率的物理意義——當(dāng)交變磁場(chǎng)的h_y =0，只有x方向的h_x時(shí)，由于M_s的進(jìn)動(dòng)(圖5)， h_x不僅能產(chǎn)生x方向上的交變磁化強(qiáng)度m_x和交變磁感應(yīng)強(qiáng)度b_x還能產(chǎn)生y方向上的m_y和b_y。即，由于磁化率的張量特性，使得x方向的交變磁場(chǎng)h_x把x方向上的能量還耦和到y方向上去了，這就是旋磁性。(1)式中的μ項(xiàng)可以認(rèn)為是h直接對(duì)m和b的貢獻(xiàn)，非對(duì)角分量c_a 和k項(xiàng)，具有耦合系數(shù)的意義。

????????鐵磁共振——在一定的頻率ω下，調(diào)節(jié)穩(wěn)恒磁場(chǎng)H₀，當(dāng)H₀=ω/g時(shí)，頻率ω就等于M繞H₀的進(jìn)動(dòng)的本征頻率ω₀(gH₀)，則發(fā)生能量的共振吸收，測(cè)得的張量磁化率元c和c_a的虛部c2和c_a2達(dá)到極大值，這種現(xiàn)象稱為鐵磁共振。這時(shí)的外加磁場(chǎng)稱為鐵磁共振場(chǎng)H_r。

????????鐵磁共振的物理圖像——當(dāng)ω≠ω₀時(shí)進(jìn)動(dòng)張角很小，當(dāng)ω=ω₀(=gH₀) 即交變場(chǎng)頻率等于M繞H₀進(jìn)動(dòng)的本征頻率時(shí)，會(huì)發(fā)生能量的共振吸收。外加交變場(chǎng)補(bǔ)充的能量使得M的進(jìn)動(dòng)夾角能夠維持在一個(gè)較大的角度β(圖7)，這就是鐵磁共振。

????????正負(fù)圓偏振場(chǎng)h_±下的標(biāo)量磁導(dǎo)率μ_±——任何一個(gè)線極化波，都可以分解成兩個(gè)大小相等、方向相反的圓極化波。對(duì)圓極化波，磁導(dǎo)率變成標(biāo)量m_±=1+c_±=μ￠_±–iμ2_±，。如圖8所示，μ₊′和μ₊2呈現(xiàn)共振特性，μ_－′與磁場(chǎng)無(wú)關(guān)，μ_－2恒等于零。正負(fù)圓極化磁導(dǎo)率μ₊與μ_－的差異構(gòu)成了旋磁器件的非互易效應(yīng)的物理基礎(chǔ)。這與電子自旋磁矩圍繞穩(wěn)恒磁場(chǎng)所作的進(jìn)動(dòng)是右旋的，h₊也是右旋的有關(guān)。

 

 

 

 

 

 

2018年7月19日