Вибрационный магнитометр

Магнитометр с вибрирующим образцом (VSM) (также называемый магнитометром Фонера) — это научный прибор, измеряющий магнитные свойства на основе закона индукции Фарадея. Саймон Фонер из Лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института изобрел VSM в 1955 году и сообщил об этом в 1959 году. ^[1] Также об этом упомянул Г.В. Ван Остерхаут. ^[2] и П. Дж. Фландерса в 1956 году. ^[3] Образец сначала помещают в постоянное магнитное поле, и, если образец магнитный, его намагниченность выравнивается с внешним полем. Магнитный дипольный момент образца создает магнитное поле, которое изменяется во времени при перемещении образца вверх и вниз. Обычно это делается за счет использования пьезоэлектрического материала. Переменное магнитное поле индуцирует электрическое поле в катушках датчика VSM. ^[4] Ток пропорционален намагниченности образца – чем больше индуцированный ток, тем больше намагниченность. В результате обычно кривая гистерезиса. регистрируется ^[5] и исходя из этого можно определить магнитные свойства образца.

Идея вибрирующего образца принадлежит Д.О. Смиту. ^[6] с вибрирующей катушкой магнитометр .

Типичный обзор VSM

Части типичной установки VSM

Активно охлаждаемый электромагнит/источник питания
Усилитель
Управляющее шасси
Метр
Компьютерный интерфейс
Сенсорные катушки
Вибровозбудитель с держателем образца
Датчик Холла (опция)

Пример рабочей процедуры: ^[4]

Установка образца в держатель образца
Включение системы VSM
Запустите компьютерное программное обеспечение для инициализации системы.
Калибровка системы
Оптимизировать систему для M ^[4]
Калибровка синхронного усилителя
Проводите измерения и записывайте данные

Условия эффективности VSM

Магнитное поле должно быть достаточно сильным, чтобы полностью насытить образцы (в противном случае будут выполнены неточные измерения).
Магнитное поле должно быть однородным по всему пространству образца (в противном случае сложение градиентов поля ^[5]^[7] создаст силу, которая снова изменит вибрацию, что приведет к неточным результатам.

Важность приемных катушек

Это позволяет VSM максимизировать индуцированный сигнал, уменьшить шум, обеспечить широкую седловую точку, минимизировать объем между образцом и электромагнитом для достижения более однородного магнитного поля в пространстве образца. ^[5] Конфигурация катушек может меняться в зависимости от типа исследуемого материала. ^[5]

Отношение к физике

VSM опирается на закон индукции Фарадея , при этом ЭДС определяется по формуле $\varepsilon =N{d \over dt}(BAcos\vartheta )$ , ^[7] где N — количество витков провода, А — площадь, а $\vartheta$ угол между нормалью катушки и полем B. Однако N и A часто не нужны, если VSM правильно откалиброван. ^[7] Изменяя силу электромагнита с помощью компьютерного программного обеспечения, внешнее поле меняется от высокого к низкому и обратно к высокому. ^[7] Обычно это автоматизируется с помощью компьютерного процесса, и цикл данных распечатывается. Электромагнит обычно крепится к вращающемуся основанию. ^[7] так, чтобы измерения можно было проводить в зависимости от угла. Внешнее поле приложено параллельно длине образца ^[7] и вышеупомянутый цикл распечатывает петлю гистерезиса . Затем, используя известную намагниченность калибровочного материала и объем проволоки, сигнал высокого напряжения поля можно преобразовать в единицы emu , что полезно для анализа. ^[7]

Преимущества и недостатки

Точность и точность VSM довольно высоки даже среди других магнитометров и могут составлять порядка ~ $\displaystyle 10^{-6}$ emu. ^[5] Кроме того, VSM позволяют тестировать образец под разными углами относительно его намагниченности, что позволяет исследователям минимизировать эффекты внешних воздействий. ^[8] Однако VSM не очень хорошо подходят для определения контура намагничивания из-за эффектов размагничивания, возникающих в образце. ^[8] Кроме того, VSM страдают от температурной зависимости и не могут использоваться с хрупкими образцами, которые не могут подвергаться ускорению (из-за вибрации). ^[5]^[7]^[8]

Ссылки

^ Фонер, Саймон (1959). «Универсальный и чувствительный вибрационный магнитометр» . Преподобный учёный. Инструмент . 30 (7): 548–557. Бибкод : 1959RScI...30..548F . дои : 10.1063/1.1716679 .
^ Ван Остерхаут, GW (1956). Прил. наук. Рез . Б6 : 101. {{cite journal}}: Отсутствует или пусто |title= ( помощь )
^ Фландерс, П.Дж. (1956). Специальная публикация IEEE, конференция по магнетизму и магнитным материалам . Т-91 : 315–317. {{cite journal}}: Отсутствует или пусто |title= ( помощь )
^ Jump up to: ^а ^б ^с Физический факультет СВТ. «Вибрационный магнитометр» (PDF) .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Лопес-Домингес, В.; Кесада, А.; Гусман-Мингес, Х.К.; Морено, Л.; Лер, М.; Спотторно, Дж.; Джакомоне, Ф.; Фернандес, Дж. Ф.; Эрнандо, А.; Гарсиа, Массачусетс (01 марта 2018 г.). «Простой вибрационный магнитометр для макроскопических образцов» . Обзор научных инструментов . 89 (3): 034707. Бибкод : 2018RScI...89c4707L . дои : 10.1063/1.5017708 . hdl : 10261/163494 . ISSN 0034-6748 . ПМИД 29604780 .
^ Смит, Д.О. (1956). «Разработка магнитометра с вибрационной катушкой» . Преподобный учёный. Инструмент . 27 (261): 261–268. Бибкод : 1956RScI...27..261S . дои : 10.1063/1.1715538 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Берджей, Уэсли; Печан, Майкл Дж.; Джагер, Герберт (10 июля 2003 г.). «Простой вибрирующий магнитометр для использования в курсе физики материалов» . Американский журнал физики . 71 (8): 825–828. Бибкод : 2003AmJPh..71..825B . дои : 10.1119/1.1572149 . ISSN 0002-9505 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с «Интерпретация анализа вибрационного магнитометра (VSM)» . analytest.com . 16 марта 2021 г. Проверено 14 мая 2021 г.

См. также

[1] Фонер, Саймон (1959). «Универсальный и чувствительный вибрационный магнитометр» . Преподобный учёный. Инструмент . 30 (7): 548–557. Бибкод : 1959RScI...30..548F . дои : 10.1063/1.1716679 .

[2] Ван Остерхаут, GW (1956). Прил. наук. Рез . Б6 : 101. {{cite journal}}: Отсутствует или пусто |title= ( помощь )

[3] Фландерс, П.Дж. (1956). Специальная публикация IEEE, конференция по магнетизму и магнитным материалам . Т-91 : 315–317. {{cite journal}}: Отсутствует или пусто |title= ( помощь )

[:0-4] Jump up to: ^а ^б ^с Физический факультет СВТ. «Вибрационный магнитометр» (PDF) .

[:1-5] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Лопес-Домингес, В.; Кесада, А.; Гусман-Мингес, Х.К.; Морено, Л.; Лер, М.; Спотторно, Дж.; Джакомоне, Ф.; Фернандес, Дж. Ф.; Эрнандо, А.; Гарсиа, Массачусетс (01 марта 2018 г.). «Простой вибрационный магнитометр для макроскопических образцов» . Обзор научных инструментов . 89 (3): 034707. Бибкод : 2018RScI...89c4707L . дои : 10.1063/1.5017708 . hdl : 10261/163494 . ISSN 0034-6748 . ПМИД 29604780 .

[6] Смит, Д.О. (1956). «Разработка магнитометра с вибрационной катушкой» . Преподобный учёный. Инструмент . 27 (261): 261–268. Бибкод : 1956RScI...27..261S . дои : 10.1063/1.1715538 .

[:2-7] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Берджей, Уэсли; Печан, Майкл Дж.; Джагер, Герберт (10 июля 2003 г.). «Простой вибрирующий магнитометр для использования в курсе физики материалов» . Американский журнал физики . 71 (8): 825–828. Бибкод : 2003AmJPh..71..825B . дои : 10.1119/1.1572149 . ISSN 0002-9505 .

[:3-8] Jump up to: ^а ^б ^с «Интерпретация анализа вибрационного магнитометра (VSM)» . analytest.com . 16 марта 2021 г. Проверено 14 мая 2021 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]