Rezonanța feromagnetică

FMR apare din mișcarea de precesie a magnetizării (de obicei destul de mare) M → {\displaystyle \scriptstyle {\vec {M}}} a unui material feromagnetic într-un câmp magnetic extern H → {\displaystyle \scriptstyle \scriptstyle {\vec {H}}} . Câmpul magnetic exercită un cuplu asupra magnetizării probei, ceea ce determină precesia momentelor magnetice din probă. Frecvența de precesie a magnetizării depinde de orientarea materialului, de intensitatea câmpului magnetic, precum și de magnetizarea macroscopică a probei; frecvența efectivă de precesie a feromagneților are o valoare mult mai mică decât frecvența de precesie observată pentru electronii liberi în EPR. Mai mult, lățimile de linie ale vârfurilor de absorbție pot fi puternic afectate atât de efectele de îngustare dipolară, cât și de cele de îngustare prin schimb (cuantică). În plus, nu toate vârfurile de absorbție observate în FMR sunt cauzate de precesia momentelor magnetice ale electronilor din feromagneți. Astfel, analiza teoretică a spectrelor FMR este mult mai complexă decât cea a spectrelor EPR sau RMN.

Configurația de bază pentru un experiment FMR este o cavitate rezonantă de microunde cu un electromagnet. Cavitatea rezonantă este fixată la o frecvență din banda de frecvență foarte înaltă. Un detector este plasat la capătul cavității pentru a detecta microundele. Proba magnetică este plasată între polii electromagnetului, iar câmpul magnetic este măturat în timp ce se detectează intensitatea de absorbție rezonantă a microundei. Atunci când frecvența de precesie a magnetizării și frecvența de rezonanță a cavității sunt identice, absorbția crește brusc, ceea ce este indicat de o scădere a intensității la detector.

În plus, absorbția rezonantă a energiei microundei determină încălzirea locală a feromagnetismului. În probele cu parametrii magnetici locali care variază la scară nanometrică, acest efect este utilizat pentru investigații de spectroscopie dependentă de spațiu.

Frecvența de rezonanță a unui film cu un câmp extern aplicat paralel B {\displaystyle B} este dată de formula Kittel:

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

unde M {\displaystyle M} este magnetizarea feromagnetismului și γ {\displaystyle \gamma } este raportul giroscopic.

.