Conditioning A/D
TI/O Timing
ROM
DISPLAY
AND C ONTR OL
礟
PROCESSOR BUS 礟Math
MEMORY
D/A
488 PORT
DI/O
虚拟仪器
用户定义功能
磁性测量
23
• 磁性测量：虚拟 仪 器Vitual Instrumentation--
Computer Based Instruments
磁性测量
24
• 磁性测量：虚拟 仪 器
待发展
虚 拟 仪 器 系 统 (引用) 25
Hardware & Driver Software
GPIB
Serial DAQ VXI
Application • Measurement Software Studio
• LabVIEW
Process or
Unit Under Test
1、磁结构的定义：
针对材料而言；原子磁矩的空间（几何）位置、相对取向。
2、比较有效的（直接）方法：
目前只有中子衍射是测定材料磁结构的有效方法。
3、其它可以使用的方法：
磁二色谱：元素分辨，提高空间位置分辨率 相变方法：磁共振、各种宏观磁性测量技术
NMR、Mössbauer谱
谨慎
应该注意的问题
• 逻辑 如果A成立 B成立
原命题A：是如B果的A成充立分条B成件立；；B（是A是AB的的充必分要条条件）件
逆命题：如果B A成立；（A是B的必要条件）
设否命“题A：”＝如“果A具不有成立铁磁B性不成”立；；（“A是B”B＝的“必要存条在件磁） 滞迴
如逆果否“命具题有：铁如磁果性B”不必成然立“存A在不磁成滞立迴；线（”A是B充的分充条分件条件）
信号放大方法
锁相放大器 积分放大器 SQUID放大器 光电检流计 光敏电阻、压电晶体 压电晶体、前置放大器 光电变换器、前置放大器 电阻应变器、前置放大器 各种RF放大器
磁性测量
21
• 磁性测量: 传统 仪 器
信号传输
信号处理
与天斗 其乐无穷
信号存储
与地斗 其乐无穷
磁性测量
22
• 磁性测量：虚拟 仪 器（VI）
3.caCndavidenadteishfo实r验th（e 1m7o76s年t b）ea：ut空if球ul壳ex的pe电ri荷m分en布t (、R电ob荷er作t P用Crease )
4. Weber－Kohlrausch实验（1856年）：静止电荷与运动电荷关系
4、5. 磁吴场健偏雄转实（验（St1e9r5n6－年G）e：rl弱ac相h实互验作用）的：宇中称子不、守恒质子、介子 5、原…子核磁矩：核磁共振（NMR）、自旋回波（spin echo）
ROM Ma礟th
DISCPAOLNANDYTROL
礟 PROCESSOR
MEMORY
BUS
488
PORT
CoAn/dDitDio/nAiDngI/OTTiIm/Oing
传统仪器
厂商定义功能
Temperature
Flow Pressure Alarm Conditions
Control Panel
STOP
核铁磁性
有
反铁磁性
非共线 反铁磁性
散反铁 磁性
超反铁 磁性
混磁性
序
亚铁磁性
非共线 亚铁磁性
散亚铁 磁性
－－
？
超 顺磁性
核反铁 磁性 核亚铁 磁性
－－
磁性
6
• 物体的磁性（表观@内禀）
物理原理决定
制备工艺相关
尺寸效应（退磁因子） （天体基本粒子）
结晶状态 显微结构 杂质状态
Fe 或者 铁 Co 或者 钴
间接测量－直接测量
电磁感应原理 宏观物理效应 微观物理效应 磁共振效应
磁通测量 磁矩测量 磁场测量
磁性测量
10
• 电磁感应原理
磁通量
面积
A
SB dS
D
E
0
B
t
B 0
H j0
D t
E
dL
d
B
d
B dS
L
dt
dt S
磁性测量
11
• 物理效应之一：磁－电 磁场中的电输运
磁 场－载 流 子 自旋相关电子散射
Hall效应
经典Hall效应 量子Hall效应
Shubnikov－de Haas效应 一般磁致电阻效应（OMR） 回旋共振（载流子、离子）
分数Hall效应 整数Hall效应
各项异性磁致电阻效应（AMR） 巨磁致电阻效应（GMR） 超大磁致电阻效应（CMR） 磁致隧道效应(TMR)
同力 粒学
间接
无交换相互作用
子效 应
直接 交换相互作用
超
磁性
5
• 物质的磁性（内禀）
电 晶态系统 共线 非共线
子磁
非晶态 系统
性
磁微粒 系统
磁稀释 系统
原子核 磁性
磁无序
抗磁性 顺磁性
抗磁性 顺磁性
－－ 顺磁性
－－ 顺磁性
核抗磁性 核顺磁性 （核磁性）
磁
铁磁性
非共线 铁磁性
散铁磁性
超铁磁性
自旋玻璃 （玻磁性）
各类磁强计
磁性测量
19
• 磁性测量: 传统 仪 器
信号发生 信号变换
空间变化 振动样品、提拉样品、冲击法、SQUID磁强计 电磁感应
时间变化 动态磁性测量仪、永磁材料测试仪
光
SMOKE、磁圆（线）振二向色性
物理效应
电
交、直流电输运
力
磁转矩、磁秤、交变梯度磁强计
磁共振
稳恒磁场 微波磁场
ESR、FMR、AFMR、NMR、Mössbauer谱 回旋共振
Mössbauer效应、－介子自旋共振（ －SR） 蓝色：另有专题 中子衍射（抑制电子的磁性散射）
自旋与轨道磁矩的测量 再谈3
❖ 自由粒子的磁矩：－基本解决
中子、质子（氢离子）、电子、原子、离子、原子团
6、自由粒子的形成：（实现无相互作用的自由状态） 7、宏观磁性测量技术：可用－统计平均
❖ 凝聚体的电子自旋与轨道磁矩：
磁性测量概论
（共 50 页）
• 磁性 • 磁性测量
1
磁性测量概论
目 的
• 希望 澄清一些磁学计量概念 • 帮助 了解数据的来源
• 全面 掌握数据的测量方法
• 促进 研究磁性的测量理论与测量技术
2
磁性测量概论
计量 Metrology
能够测量什么量 ？ 怎么测量这些量 ？ 如何保证正确性 ？
现有能力 潜在能力
自旋与轨道磁矩的测量 再谈2
❖ 自由粒子的磁矩：－基本解决
中子、质子（氢离子）、电子、原子、离子、原子团
12、 、电电子子自自Ca旋旋nd假理ida设论te（s：：fRoorGPbt.he.AreEtm.P.MoUCsrt.hebDlaeesaineru,bat纽iecfc（u约kl e和1石x9p溪S2er.8分imG）校eonu）tsdisnmpihty（sic1s925）； 3、12.. 电SM子teicr自hne－l旋sGone测－rla量Mcho实：rle验Sy实t（er验1n9－（221年G88e）7rl年：ac）电h实：子光自验传旋（播1922）
标准、规程 原理、方法
量值溯源 量具检定
磁性
3
• 磁性的起源：原子固有磁矩
原子核 电荷：＋e 自旋： 1 磁矩： N
未成对电子
电子 电荷：－e 自旋： ½ 磁矩： 自旋磁矩＋轨道磁矩
原子磁矩 ＝电子磁矩＋原子核磁矩
Pauli不相容原理＋Hund 法则
磁性
4
• 磁有序的起源：交换相互作用
量
全子
1、地球范围内的磁场－基本解决
各种磁场传感器：Hall效应磁强计、各种磁场电流效应 （ MR）、 磁 通 门 磁 强 计 、 SQUID、 磁光效应、NMR…
磁结构与相互作用
再谈6
❖ 磁结构－有效方法不多－点阵分辨
相变方法：－温度依赖关系 ＋ 理论
1、磁共振方法：可以分辨磁性与非磁性；包括（Mössbauer 谱测量铁磁－顺磁转变：谱线劈裂、ESR、 FMR、NMR等）
2、宏观磁性测量技术： 测量材料的磁化率－温度曲线。根据曲线的特征判断 磁结构。属于总体平均结果，不是原子点阵分辨的， 只能（定性）说明材料整体处于何种磁结构
磁性测量
13
• 物理效应之三：磁－力（声）
磁力效应 磁致伸缩 旋磁效应
压磁效应 线性效应
圆周效应 体效应
横向Joule效应
Guillemin效应
Brackett效应
Joule效应
Einstein－de Hass效应
Barrett效应
Wiedemann效应 扭矩减小效应
磁秤（常用的有7种）
劲度系数效应
如果“存在磁滞迴线”不一定“具有铁磁性” 非必要条件
原所M命有题命与题逆都否为命真反超自题，铁顺旋一 则磁 磁 玻定A性性璃是为？？？B真的；充逆分命必题要和条否件铁亚命（磁铁题充性磁不M要？性一条？定件为）真；
…
超顺磁性？ H
T
…
一个人的能力 不在于 学会了 多少知识 而在于 学会了 使用 多少知识
磁结构与相互作用
再谈7
❖ 交换相互作用－磁结构 ❖ 磁偶极作用－？
宏观磁偶极作用：（大块材料）力学测量
微观磁偶极作用：理论？M方法？ 磁共振（也许）
❖ 磁超精细作用－解决
超精细相互作用：磁共振技术、光谱