Магнитный резонанс является одним из наиболее мощных и информативных методов изучения магнитных свойств. Электронный магнитный резонанс может наблюдаться как в неупорядоченных, так и в упорядоченных магнетиках. Исследование частотно-полевых зависимостей магнитного резонанса можно использовать как для изучения магнитной структуры, так и для измерения различных эффективных полей (обменных, анизотропии, Дзялошинского и т.д.)

Для исследований магнитного резонанса в лаборатории РСМУВ Института физики СО РАН разработан спектрометр с широким диапазоном изменения резонансных частот и магнитных полей. Импульсный метод используется для увеличения диапазона магнитных полей, что достигается за счет многомодового режима волновода, набора сменных генераторов и ламп обратной волны.

Технические параметры установки:

1. Рабочая частота 25—140 ГГц .
2. Импульсное магнитное поле напряженностью до 100 кЭ.
3. Длительность импульса τ=12,63 мсек.
4. Неоднородность поля в центре катушек не хуже 5•10^-4 в объеме 1 мм³.
5. Диапазон температур 4.2—400 К.
6. Емкость батареи конденсаторов (МБГВ - 200/1000) 18,9 мФ.
7. Максимальное напряжение заряда 1000 В.

Блок-схема автоматизированного спектрометра магнитного резонанса с импульсным магнитным полем. 1 - СВЧ генератор миллиметрового и сантиметрового диапазона; 2 – вентиль; 3 – аттенюатор; 4 – направленный ответвитель; 5 – детекторная секция; 6 – соленоид; 7 – образец; 8 – широкополосный усилитель; 9 – блок питания импульсного магнита; 10 – батарея конденсаторов; 11– безиндуктивное сопротивление; 12 –цифровой вольтметр для измерения сигнала термопары; 13 – цифровой вольтметр для измерения напряжения заряда; 14 – плата управления зарядом/разрядом батареи конденсаторов; 15 – интерфейсная плата; 16 – ЭВМ.

С помощью описанного спектрометра можно наблюдать магнитный резонанс в различных типах магнетиков, в том числе имеющих большое начальное расщепление в спектре. Объектами исследования могут выступать как магнитоупорядоченные вещества – ферромагнетики, ферримагнетики, антиферромагнетики, аморфные магнетики, так и парамагнетики, спиновые стекла.

Автоматизация спектрометра выполнена в стандарте КАМАК [1], при этом использованы стандартные модули (в том числе быстродействующие 10-ти разрядные АЦП), а также разработан ряд вспомогательных схем. Программное обеспечение для операционных систем семейства Windows позволяет управлять процессом заряда и разряда, осуществляет контроль температуры, производит автоматическую запись спектра в файл. Короткое время регистрации спектра (12 мс) потребовало создания специального алгоритма для запуска АЦП и формирования развертки по полю.

Спектрометр магнитного резонанса использовался при исследовании следующих соединений: α-Fe2O3 (чистого и с различными легирующими добавками), Bi₂CuO₄, LiCu₂O₂, CuGeO₃, Cu₅Bi₂B₄O₁₄, CuB₂O₄, кристаллов семейства хантита RFe₃(BO₃)₄ (R – редкоземельный ион), кристаллов манганитов R_xA_1-xMnO₃ (R = La, Eu, Nd; A = Pb, Na) и др.

1. 1. В.И. Тугаринов, А.И. Панкрац, И.Я. Макиевский. Автоматизированный спектрометр магнитного резонанса с импульсным магнитным полем // Приборы и техника эксперимента.— 2004.— № 4.— С. 56—61.

Лаборатория резонансных свойств
магнитоупорядоченных веществ