Ferromagneettinen resonanssi

FMR syntyy ferromagneettisen materiaalin (yleensä melko suuren) magnetoitumisen M → {\displaystyle \scriptstyle {\vec {M}}} prekessiivisestä liikkeestä ulkoisessa magneettikentässä H → {\displaystyle \scriptstyle \scriptstyle {\vec {H}}} . Magneettikenttä aiheuttaa näytteen magnetoitumiseen vääntömomentin, joka saa näytteen magneettiset momentit etenemään. Magnetisaation prekessiotaajuus riippuu materiaalin orientaatiosta, magneettikentän voimakkuudesta sekä näytteen makroskooppisesta magnetisaatiosta; ferromagneetin efektiivinen prekessiotaajuus on arvoltaan paljon pienempi kuin EPR:ssä vapaille elektroneille havaittu prekessiotaajuus. Lisäksi absorptiohuippujen viivanleveyksiin voivat vaikuttaa suuresti sekä dipolaarinen kapeneminen että vaihtoa leventävät (kvantti)vaikutukset. Kaikki FMR:ssä havaitut absorptiohuiput eivät myöskään johdu elektronien magneettisten momenttien prekessiosta ferromagneetissa. Näin ollen FMR-spektrien teoreettinen analyysi on paljon monimutkaisempi kuin EPR- tai NMR-spektrien.

FMR-kokeen perusasetelma on mikroaaltoresonanssi-ontelo, jossa on sähkömagneetti. Resonanssipesä on kiinnitetty taajuudelle, joka on superkorkeataajuusalueella. Ontelon päähän sijoitetaan detektori, joka havaitsee mikroaallot. Magneettinäyte asetetaan sähkömagneetin napojen väliin, ja magneettikenttää pyyhkäistään, kun mikroaaltojen resonanssiabsorption voimakkuus havaitaan. Kun magnetoitumisen prekessiotaajuus ja ontelon resonanssitaajuus ovat samat, absorptio kasvaa jyrkästi, mikä näkyy intensiteetin pienenemisenä ilmaisimessa.

Lisäksi mikroaaltoenergian resonanssiabsorptio aiheuttaa ferromagneetin paikallisen kuumenemisen. Näytteissä, joiden paikalliset magneettiset parametrit vaihtelevat nanometrin mittakaavassa, tätä efektiä hyödynnetään spatiaaliriippuvaisissa spektroskopiatutkimuksissa.

Kalvon resonanssitaajuus samansuuntaisella ulkoisella kentällä B {\displaystyle B} saadaan Kittelin kaavalla:

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

jossa M {\displaystyle M} on ferromagneetin magnetoituminen ja γ {\displaystyle \gamma } on gyromagneettinen suhde.