Feromagnetická rezonance

FMR vzniká precesním pohybem (obvykle poměrně velké) magnetizace M → {\displaystyle \scriptstyle {\vec {M}}} feromagnetického materiálu ve vnějším magnetickém poli H → {\displaystyle \scriptstyle {\vec {H}} . Magnetické pole působí na magnetizaci vzorku momentem, který způsobuje precesi magnetických momentů ve vzorku. Frekvence precese magnetizace závisí na orientaci materiálu, síle magnetického pole a také na makroskopické magnetizaci vzorku; efektivní frekvence precese feromagnetu má mnohem nižší hodnotu než frekvence precese pozorovaná u volných elektronů v EPR. Kromě toho mohou být šířky čar absorpčních píků značně ovlivněny jak dipolárním zúžením, tak výměnným zúžením (kvantovým) efektem. Navíc ne všechny absorpční píky pozorované při FMR jsou způsobeny precesí magnetických momentů elektronů ve feromagnetu. Teoretická analýza spekter FMR je tedy mnohem složitější než analýza spekter EPR nebo NMR.

Základním uspořádáním experimentu FMR je mikrovlnná rezonanční dutina s elektromagnetem. Rezonanční dutina je fixována na frekvenci v pásmu supervysokých frekvencí. Na konci dutiny je umístěn detektor, který detekuje mikrovlny. Magnetický vzorek se umístí mezi póly elektromagnetu a magnetické pole se vymetá, přičemž se detekuje intenzita rezonanční absorpce mikrovln. Když jsou frekvence precese magnetizace a frekvence rezonanční dutiny stejné, absorpce prudce vzroste, což se projeví poklesem intenzity na detektoru.

Resonanční absorpce mikrovlnné energie navíc způsobuje lokální ohřev feromagnetu. U vzorků s lokálními magnetickými parametry měnícími se v nanometrovém měřítku se tohoto jevu využívá při vyšetřování prostorově závislé spektroskopie.

Rezonanční frekvence filmu s paralelně aplikovaným vnějším polem B {\displaystyle B} je dána Kittelovým vzorcem:

f = γ 2 π B ( B + μ 0 M ) {\displaystyle f={\frac {\gamma }{2\pi }}{\sqrt {B(B+\mu _{0}M)}}}}.

kde M {\displaystyle M} je magnetizace feromagnetu a γ {\displaystyle \gamma } je gyromagnetický poměr.

.