Ressonância ferromagnética - Ferromagnetic resonance

A ressonância ferromagnética , ou FMR, é o acoplamento entre uma onda eletromagnética e a magnetização de um meio pelo qual ela passa. Este acoplamento induz uma perda significativa de potência da onda. A energia é absorvida pela magnetização de precessão ( precessão de Larmor ) do material e perdida na forma de calor. Para que esse acoplamento ocorra, a frequência da onda incidente deve ser igual à frequência de precessão da magnetização (frequência de Larmor) e a polarização da onda deve corresponder à orientação da magnetização.

Este efeito pode ser usado para várias aplicações, como técnicas espectroscópicas ou concepção de dispositivos de micro-ondas .

A técnica espectroscópica FMR é usada para sondar a magnetização de materiais ferromagnéticos . É uma ferramenta padrão para sondar ondas de spin e dinâmica de spin. FMR é amplamente semelhante à ressonância paramagnética de elétrons (EPR), e também um pouco semelhante à ressonância magnética nuclear (NMR), exceto que FMR sondas a magnetização da amostra resultante dos momentos magnéticos de elétrons acoplados a dipolares, mas desemparelhados , enquanto NMR sondas magnéticas momento de núcleos atômicos que são selecionados pelos orbitais atômicos ou moleculares ao redor de tais núcleos de spin nuclear diferente de zero.

A ressonância FMR também é a base de vários dispositivos eletrônicos de alta frequência, como isoladores de ressonância ou circuladores .

História

A ressonância ferromagnética foi descoberta experimentalmente por VK Arkad'yev quando ele observou a absorção da radiação UHF por materiais ferromagnéticos em 1911. Uma explicação qualitativa do FMR junto com uma explicação dos resultados de Arkad'yev foi oferecida por Ya. G. Dorfman em 1923, quando sugeriu que as transições ópticas devido à divisão de Zeeman poderiam fornecer uma maneira de estudar a estrutura ferromagnética.

Um artigo de 1935 publicado por Lev Landau e Evgeny Lifshitz previu a existência de ressonância ferromagnética da precessão de Larmor , que foi verificada de forma independente em experimentos por JHE Griffiths (Reino Unido) e EK Zavoiskij (URSS) em 1946.

Descrição

FMR surge do movimento de precessão da magnetização (geralmente muito grande) de um material ferromagnético em um campo magnético externo . O campo magnético exerce um torque na magnetização da amostra que faz com que os momentos magnéticos na amostra precessem . A frequência de precessão da magnetização depende da orientação do material, da força do campo magnético, bem como da magnetização macroscópica da amostra; a freqüência de precessão efetiva do ferromagneto é muito menor em valor da freqüência de precessão observada para elétrons livres no EPR. Além disso, as larguras de linha dos picos de absorção podem ser bastante afetadas pelos efeitos de estreitamento dipolar e de alargamento de troca (quântico). Além disso, nem todos os picos de absorção observados no FMR são causados ​​pela precessão dos momentos magnéticos dos elétrons no ferromagneto. Assim, a análise teórica dos espectros FMR é muito mais complexa do que a dos espectros EPR ou NMR. ${\ displaystyle \ scriptstyle {\ vec {M}}}$${\ displaystyle \ scriptstyle {\ vec {H}}}$

A configuração básica para um experimento FMR é uma cavidade ressonante de micro - ondas com um eletroímã . A cavidade ressonante é fixada em uma freqüência na banda de super alta freqüência . Um detector é colocado no final da cavidade para detectar as microondas. A amostra magnética é colocada entre os pólos do eletroímã e o campo magnético é varrido enquanto a intensidade de absorção ressonante das microondas é detectada. Quando a frequência de precessão da magnetização e a frequência da cavidade ressonante são iguais, a absorção aumenta acentuadamente, o que é indicado por uma diminuição na intensidade no detector.

Além disso, a absorção ressonante de energia de microondas causa aquecimento local do ferromagneto. Em amostras com parâmetros magnéticos locais variando na escala nanométrica, este efeito é usado para investigações de espectroscopia dependente do espaço.

A frequência ressonante de um filme com campo externo aplicado em paralelo é dada pela fórmula de Kittel : ${\ displaystyle B}$

${\ displaystyle f = {\ frac {\ gamma} {2 \ pi}} {\ sqrt {B (B + \ mu _ {0} M)}}}$

onde está a magnetização do ferromagneto e é a razão giromagnética . ${\ displaystyle M}$${\ displaystyle \ gamma}$

Veja também

• Ressonância paramagnética de elétrons
• Ressonância magnética nuclear

Referências

Leitura adicional

• Vonsovskii, SV (2013). Ressonância Ferromagnética: O Fenômeno da Absorção Ressonante de um Campo Magnético de Alta Freqüência em Substâncias Ferromagnéticas . Elsevier. ISBN 9781483151489.
• Chikazumi, Sōshin (1997). Física do Ferromagnetismo . Clarendon Press . ISBN 978-0-19-851776-4.

links externos

• Cálculo de alguns campos de ressonância importantes
• Técnica de ressonância ferromagnética espacialmente resolvida
• Ressonância Ferromagnética (FMR) (Wolfgang Kuch, Freie Universität Berlin)