Спектрометр магнитного резонанса для изучения распределения магнитных центров по поверхности плоского образца

Спектрометр магнитного резонанса для изучения распределения магнитных центров по поверхности плоского образца

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОКИ СОВЕТОНИХ

ОВИ ЛВ7

Р1:СПУЬЛИН (59 6 01 Б 24 1О. ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

21 } 3351066/18-25

22 > 27. 10. 81 (46). 23.06.83. Бюл. Р 23

{72).В.A,Æèäîâè÷, В.Ф. Стельмах, А.С; Столяров и В.Г. Трофимов (71) белорусский ордена Трудового

Красного Знамени государственный университет им. В.И. Ленина (53) 538.69.083 (088.8) (56) 1; Авторское свидетельство СССР

И 546814, кл. 001 М 24/10, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

705322, кл. 6011 1 24/1О, 1978 . (прототип).

I (54) (57) CFIEKTPONETP ИАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

„„SIJ„„1024814 А

МАГНИТНЫХ ЦЕНТРОВ ПО ПОВЕРХНОСТИ

ПЛОСКОГО ОБРАЗЦА, содержащий блок сверхвысоких частот с измерительной ячейкой с отверстием в боковой стен-,. ке и расположенным снаружи напротив отверстия координатным столиком с исследуемым образцом, о т л и ч ею щ и и с. я тем, что, с целью повышения чувствительности при высокой разрешающей способности,. измеритель" ная ячейка выполнена в виде замкнутого конца прямоугольного волново да, а у отверстия, расположенного в широкой стенке волновода на половине длины волны от замкнутого конца, помещена изолированная от стенок волновода пластинка с высокой эиект- ® ропроводностью.

1 024814

Изобретение относится к технике магнитного резонанса и может быть использовано в приборостроительной промышленности при разработке устройс-е контроля параметров материалов, содержащих магнитные. центры, например ферромагнитных пленок железоиттриевых гранатов, структур с магнитными доменами, парамагнитных кристаллов.

Известен спектрометр магнитного резонанса, содержащий блок получения магнитного поля, блок регистрации сигнала резонанса и блок сверхвысокой частоты (СВЧ ) с измерительной ячейкой в виде объемного резонатора с устройством перемещения исследуемого образца внутри резонатора вдоль его оси. Спектрометр обеспечивает возможность контролировать распределение магнитных центров по длине магнитного образца ограниченного сечения 1 1 .

Недостатком известного спектрометра является низкая чувствительность и разрешающая способность к наличию магнитных центров.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является спектро 3î метр магнитного резонанса для изучения распределения магнитных центров по поверхности образца, содержащийблок СВЧ с измерительной ячейкой с. отверстием в боковой стенке и распо- з5 ложенным снаружи напротив отверстия координатным столиком с исследуемым образцом (2)

Недостатком известного спектромет-, ра является низкая чувствительность <0 при относительно высокой разрешающей способности. Повышение разрешаю.щей способности регистрации распределения магнитных центров по поверхности плоского образца больших размеров45 обеспечивается в известном спектрометре с помощью уменьшения размеров излучающего отверстия в стенке объем" ного резонатора и наружным по отношению к резонатору перемещением из- Sp меряемого образца, что однако приводит к уменьшению мощности СВЧ, подводимой к ограниченному участку образца, т.е. снижается кожффициент магнитного заполнения измерительной ячейки, и следовательно, умень" шается чувствительность спектрометра.

Целью изббретения является повышение чувствительности при высокой разрешающей способности.

Поставленная цель достигается тем, что в спектрометре магнитного резонанса для изучения распределения магнитных цетнров по поверхности плоского образца, содержащем блок 1

СВЧ с измерительной ячейкой с отверстием в боковой стенке и расположенным снаружи напротив отверстия координатным столиком с исследуемым образцом, измерительная ячейка выполнена в виде замкнутого .с одного конца прямоугольного волновода, а у отверстия, расположенного в широкой стенке волновода на половине волны от замкнутого конца, помещена изолированная от стенок волновода пластинка с высокой электропроводностью.

На фиг, 1 показана функциональная схема предлагаемого спектрометра, на фиг. 2 - распределение электрических и магнитных полей СВЧ у отверстия, на фиг. 3 и 4 - варианты конструктивной реализации боковой стенки измерительной ячейки с отверстием.

Спектрометр содержит .генератор

СВЧ 1, циркулятор 2, детектор 3, широкую стенку 4 прямоугольного волновода с волной Н„, настроечный штырь, отверстие 6 на широкой стенке волновода, пластинку 7 с высокой электропроводностью, например, из меди, короткозамыкающий поршень 8, полюсные наконечники .9 электромагнита спектрометра, трехкоординатный столик 10 с возможностью перемещения по трем координатам относительнр отверстия 6 с пластинкой 7, исследуемый плоский образец 11, закрепленный на столике 10, изолирующую диэлектрическую пластину 12, контур 13 модуляции мдгнитнбго поля.

Измерительная ячейка (фиг, 17 выполнена не в виде объемного резона-. тора, а в виде замкнутого с одного конца прямоугольного .волновода, и отверстие 6 измерительной ячейки расположено на половине длины волны

Н„, от замкнутого поршнем 8 конца прямоугольного волновода на его широкой стенке 4 и содержит электропроводящую пластинку 7, изолированную от стенок волновода.

На фиг. 2 показано образование ., при возбуждении колебаний типа Н с максимумом компоненты - .Н на полови4. не длины волны от замкнутогр конца волновода специфического малогабарит3 102 ного резонатора СВЧ с сосредоточенной емкостью, возникающей между проводящей пластинкой 7 и широкой стенкой 4 волновода у краев отверстия 6, благодаря чему имеет место концентрация электрической компоненты Е поля СВЧ;

Иагнитная компонента Н поля СВЧ генератора 1 концентрируется при возбуждении волны Н, вокруг металлической пластинки 7, т.е. в ограниченной части образца 11, и имеет направленйе, перпендикулярное направлению постоянного магниткого поля Ho что принципиально для реализации яв.ления магнитного резонанса. Таким образом, в предлагаемом устройстве излучающим магнитное поле СВЧ элементом по существу является ке отверстие,6, а малогабаритная проводящая пластин-. ка 7, вокруг которой концентрируется, благодаря резонансу, большая часть энергии генератора СВЧ 1.

Проводящая пластинка 7 (фиг. 3 )

° может закрепляться относительно отверстия 6 с помощью диэлектрической пластины 12, фиксируемой внутри волновода. На фиг. 4 представлен вариант плайарного крепления пластинки 7 на внешней поверхности волновода над отверстием 6, причем пластинка 7 и модуляционный контур 13 сформированы методом печатного монтажа на изолируацей диэлектрической пластинке 12.. .Спектрометр магнитного, резонанса работает следующим образом.

Иощность СВЧ от генератора 1 (фиг. 1) поступает через модулятор

2 в измерительную ячейку по волноводу и концентрируется в отверстии 6 у электропроводящей пластинки 7, сосредотачиваясь в ограниченной части исследуемого плоского образца 11 вследствие образования единой малогабаритной резонансной системы: измеря" емый участок образца 11 - отверстие

6 с пластинкой 7.

Размеры излучающего отверстия 6 и пластинки 7 определяются, исходя из требуемой, разрешающей способности, значения рабочей частоты генератора

1, диэлектрической и магнитной про- . ницаемостей материала измеряемого образца 11, а также могут уточняться экспериментально в процессе настройки llo максимальному поглощению мощности СВЧ <минимуму тока детектора

3 . Настройка укаэанной системы в резонанс с частотой генератора 1 с целью обеспечения оптимального

4814 4 уровкя поглощения СВЧ энергии в об-разце и оптимального тока детектора

3 осуществляется, коррекцией зазора . ,между поверхностью образца 11 и плас тинкой 7 с помощью столика 10 и ре1 гулировкой настроечного штыря 5 и короткозамкнутого поршня 8.

Возникающее в ограниченном участке образца It напротив пластинки 7 явление магнитного резонанса, благодаря одновременному воздействию постоянного магнитного поля Н о в зазоре наконечников 9 и перпендикулярного к нему переменного поля СВЧ Н вызывает поглощение мощности СВЧ в образце и фиксируется детектором 3.

Регистрация распределения магнитных центров по плоскости образца 11 осуществляется с помощью перемещения координатного столика 10 в плоскости ух, совпадающей с широкой стенкой 4 волновода и параллельной полюсным наконечникам 9.

В отличие от известного устройства, в котором измерительная ячейка образована объемным резонатором с распределенной по его объему магнитной компонентной Н и интенсивность компоненты Н в месте распо30 ложения измеряемого образца у излуча" ющего отверстия кевысока, в предлагаемом устройстве магнитная энергия генератора СВЧ концентрируется в ограниченной части образца напротив проводящей пластинки - излучателя

Hj. Вследствие этого существенно возрастает эффективный коэффициент магнитного заполнения измерительной ячейки и тем самым обеспечивается

4в повышение чувствительности спектрометра при высокой разрешающей способности.

Предлагаемое изобретение расши-. ряет возможность контроля распределе4$ ния магнитных центров в тонкослойных ферромагнитных и подобных им структурах, широко используемых. в современной СВЧ микроэлектронике и вычис, лительной технике, Кроме того, на основе предлагаемого решения воз, можно построение высокоэффективных . малогабаритных измерительных ячеек . для исследования конденсированных при низких температурах веществ, на: пример атомарного водорода, непосредственно ка проводящей .пластинкеизлучателе, а также построения спектрометров для регистрации фотомагнит кых явлений.

1 024814

1024814

Составитель В. Иайоршин

Редактор P. Цицика Техред А .Бабинец Корректор 8. Бутяга

Заказ 4384/40 Тираж 873 Подлисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент",. r. Ужгород, ул. Проектная, 4