La résonance ferromagnétique

RFM résulte du mouvement de précession de l’aimantation (généralement assez grande) M → {\displaystyle \scriptstyle {\vec {M}} d’un matériau ferromagnétique dans un champ magnétique externe H → {\displaystyle \scriptstyle {\vec {H}} . Le champ magnétique exerce un couple sur l’aimantation de l’échantillon qui provoque la précession des moments magnétiques dans l’échantillon. La fréquence de précession de l’aimantation dépend de l’orientation du matériau, de l’intensité du champ magnétique, ainsi que de l’aimantation macroscopique de l’échantillon ; la fréquence de précession effective du ferromagnétique est d’une valeur bien inférieure à la fréquence de précession observée pour les électrons libres en RPE. De plus, les largeurs de ligne des pics d’absorption peuvent être fortement affectées par les effets de rétrécissement dipolaire et d’élargissement par échange (quantique). En outre, tous les pics d’absorption observés en FMR ne sont pas causés par la précession des moments magnétiques des électrons dans le ferromagnétique. Ainsi, l’analyse théorique des spectres FMR est beaucoup plus complexe que celle des spectres RPE ou RMN.

La configuration de base pour une expérience FMR est une cavité résonante à micro-ondes avec un électroaimant. La cavité résonante est fixée à une fréquence dans la bande des super hautes fréquences. Un détecteur est placé à l’extrémité de la cavité pour détecter les micro-ondes. L’échantillon magnétique est placé entre les pôles de l’électroaimant et le champ magnétique est balayé tandis que l’intensité d’absorption résonante des micro-ondes est détectée. Lorsque la fréquence de précession de l’aimantation et la fréquence de la cavité résonante sont les mêmes, l’absorption augmente fortement, ce qui est indiqué par une diminution de l’intensité au niveau du détecteur.

De plus, l’absorption résonante de l’énergie micro-onde provoque un échauffement local du ferromagnétique. Dans les échantillons dont les paramètres magnétiques locaux varient à l’échelle nanométrique, cet effet est utilisé pour les investigations spectroscopiques dépendantes de l’espace.

La fréquence de résonance d’un film avec un champ externe appliqué parallèlement B {\displaystyle B} est donnée par la formule de Kittel:

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

où M {\displaystyle M} est la magnétisation du ferromagnétique et γ {\displaystyle \gamma } est le rapport gyromagnétique.