Ferromagnetisk resonans

FMR skyldes den præcessionelle bevægelse af den (normalt ret store) magnetisering M → {\displaystyle \scriptstyle {\vec {M}}}} af et ferromagnetisk materiale i et eksternt magnetfelt H → {\displaystyle \scriptstyle {\vec {H}}} . Det magnetiske felt udøver et moment på prøvens magnetisering, som får de magnetiske momenter i prøven til at forcere. Præcessionsfrekvensen af magnetiseringen afhænger af materialets orientering, magnetfeltets styrke samt prøvens makroskopiske magnetisering; den effektive præcessionsfrekvens for ferromagneten er meget lavere i værdi end den præcessionsfrekvens, der observeres for frie elektroner i EPR. Desuden kan absorptionstoppernes linjebredder påvirkes kraftigt af både dipolære indsnævringseffekter og udvekslingsudvidende (kvante-) effekter. Desuden er det ikke alle absorptionstoppe, der observeres i FMR, forårsaget af præcessionen af elektronernes magnetiske momenter i ferromagnetet. Den teoretiske analyse af FMR-spektre er således langt mere kompleks end den af EPR- eller NMR-spektre.

Den grundlæggende opsætning til et FMR-eksperiment er en mikrobølge-resonanskavitation med en elektromagnet. Resonanskaviteten er fastgjort ved en frekvens i det superhøje frekvensbånd. En detektor er placeret i enden af hulrummet for at detektere mikrobølgerne. Den magnetiske prøve anbringes mellem polerne i elektromagneten, og magnetfeltet fejes, mens mikrobølgernes resonansabsorptionsintensitet detekteres. Når magnetiseringspræcessionsfrekvensen og resonanskavitetsfrekvensen er den samme, stiger absorptionen kraftigt, hvilket indikeres ved et fald i intensiteten ved detektoren.

Dertil kommer, at resonansabsorptionen af mikrobølgeenergi forårsager lokal opvarmning af ferromagneten. I prøver med lokale magnetiske parametre, der varierer på nanometerskalaen, udnyttes denne effekt til rumafhængige spektroskopiundersøgelser.

Resonansfrekvensen for en film med et parallelt påført eksternt felt B {\displaystyle B} er givet ved Kittel-formlen:

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

hvor M {\displaystyle M} er magnetiseringen af ferromagneten og γ {\displaystyle \gamma } er det gyromagnetiske forhold.