Прибор для изучения магнитного резонанса

 

Изобретение относится к области физики магнитных явлений, в частности к ядерному магнитному резонатору. Цель изобретения - расширение демонстрационных возможностей. Прибор содержит пассивный колеб ательный контур , узел регистрации, генератор и аттенюатор, соединенный со своим входом. Сердечник катушки индуктивности пассивного колебательного контура изготовлен из BaFe,j О, , имеющего 100%-ное обогащение изото пом . 4 ил. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

Пч) (1I) А1 (50 4 С 09 В 23/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТ НИЙ И ОТНРЫТИЙ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3873516/31-12 (22) 29.12.84 (46) 23.05.88. Бюл. Р 19 (71) Харьковский государственный университет им.А.М.Горького (72) С.П.Кунцевич, А.А.Безлепкин и Е.E.Òóëóýîaà (53) 371.66/.67(088,8) (56) Самойлов Г., Скобин В. Промьлпленные телевизоры. М.: ДСАФ, 1976, с. 39, рис. 1-27. (54) ПРИБОР ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ МАГНИТНОГО

РЕЗОНАНСА (57) Изобретение относится к области физики магнитных явЛений, в частности к ядерному магнитному резонатору.

Цель изобретения — расширение демонстрационных возможностей. Прибор содержит пассивный колебательный контур, узел регистрации, генератор и аттенюатор, соединенный со своим входом. Сердечник катушки индуктивности пассивного колебательного контура изготовлен иэ BaFe« О,, имеющего 100Х-ное обогащение изото пом Fe. 4 ил. 1 табл.

13979ЬО

oL ((4 вл Г

10 х х (23Я ((и + g „) +Г ) (Q — Я )) э (1) Изобретение относится к облзсти физики магнитных явлений, н частности к ядерному магнитному резонансу.

Цель изобретения — расширение

5 демонстрационных возможностей, На фиг. 1 представлена блок-схсма предложенного прибора; на фиг. 2 спин-эхо спект; на фиг. 3 — экспериментальные зависимости изменения частоты сигналов спинового зха при изменении ориентации магнитного поля; на фиг. 4 — участки частотной характеристики с двумя пиками ЯМР.

Устройство содержит генератор 1, 15 аттенюатор 2, пассивный колебательный контур 3, рабочий элемент 4 (ВаРе <, О < ), широкополосный усилитель 5, регистрирующее устройство б.

Генератор 1 вырабатывает радио- 20 частотное напря.<(ение, частота которого изменяется со временем по линейному закону. Это напряжение через аттенюатор 2 подается на радиочастотный пассивный контур 3, содержащий рабочий элемент 4. При совпадении частот внешнего радиочастотного поля и собственной частоты прецессии ядер материала рабочего элемента происходит поглощение энергии внешне-30 го поля (ЯМР), что приводит к изменению добротности LC-контура. Это изменение добротности нринодит к уменьшению напряжения на ЬС-контуре.

Данное понижение через усилитель 5 фиксируется на экране электронно-лу35 чевого индикаторного устройс тва 6.

Аттенюатор 2 и усилитель 5 необходимы для нормальной работы регистрируемого блока вследствие малости приложенного к LC-контуру радиочастотного напряжения.

При наличии анизотропии локального ноля на ядрах в доменных границах может наблюдаться ряд особенностей

45 спектров ЯМР °

Характер особенностей зависит от следующих величин: анизотропии локальных частот в доменных границах Ра =

= . — и . где U J — J20KBJIBHBH 50 частота ЯМР ядер на краю доменной границы, И„ — локальная частота ядер н середине доменной границы; локальной ширины линии ЯМР ядер в доменной границе Г„, н частности локальной ширины

55 для ядер в центре доменной границы

Г! + Г, + Г,„ и локальной ширины на краю доменной границы Гх, где

Г,, и Г„,, — два дополнительных вклада в ширину линии для ядер в центре доме«ных границ, связанные с рассеянием внутриграничных магнонов (Х, (ы) = — Х„ (А g (и)) х

Если величина 8и гораздо больше величины Г„ + Г, + Г, то для ядер в доменных границах для ядерной восприимчивости наблюдаются две особенности, соответствующие частотаи

ЯМР ядер в середине доменной границы (ы„ ) и на краю доменной границы (u„ ) В ферро- и ферримагнетиках вследствие больших коэффициентов усиления в доменных границах высокочастотные поля на ядрах в доменных границах так велики,. что происходит насыщение восприимчивости g . Поэтоиу резонансный сигнал возникает вследс.твие модуляции электронных потерь дисперсионной частью ядерной восприимчивости, которая имеет (фиг ° 1) две особенности резонансного характера на частотах а „<< и Я ь,„ (1), При уменьшении величины <хЯ, т.е, при выполнении условия оя - Г,„, обе линии от ядер н середине и на краю доменной границы сливаются в одну и двулинейчатый спектр переходит в однолинейчатый.

Основные особенности спектра SIMP ядер в доменных границах предсказаны теоретически, в частности двулинейчатость спектров. При наблюдении двулинейчатого спектра одна частота

Q соответствует ядрам на краю до3 менной границы, а частота у должна соответстновать ядрам в середине доменной границы.

В гексаферрите ВаРе,< О, тоны железа занимают пять эквивалентных позиций, соответствующих пяти подрешеткам. Для каждой подрешетки частоты ЯМР сигналов от ядер на краю доменной границы (я 1) должны мало отличаться от частот внутри доменных сигналов ЯМР ((д„), поэтому установленные

1397960 принадлежности этих сигналов к определенной группе ядер затруднений не вызывает. Значение Я„ для подр:щеток могут быть определены нестационарной методикой спинового эха. Для надежной идентификации сигналов от ядер в середине доменных границ необходимо знать величины t .3 подрешеток (5fJ

= Q„ — Я ). В области низких температур значения hg подрешеток должны быть близкими к значениям изменения частот ЯИР 3д подрешеток при переориентации вектора намагниченности от оси С к базисной плоскости. Некоторое различие 8я и Еу возможно за счет возбуждения внутриграничных магнонов. Информацию о величинах подрешеток можно получить, исследуя SIMP однодоменных образцов методом спинового эха °

Проведены исследования стационарных спектров ЯИР в доменных границах гексаферрита BaFe„ 0t> в интервале

77-295 К ° При температуре 77 К стационарной методикой с помощью предлагаемого прибора зафиксированы девять линий ЯИР. Приложение внешнего магнитного поля вдоль гексагональной оси с приводило к исчезновению сигналов ЯИР, когда напряженность магнитного поля соответствовала полю технического насыщения.. Это обстоятельство является одним из доказательств того, что наблюдаются сигналы от ядер в доменньгх границах. Значения частот ЯИР приведены в таблице ° Чтобы иметь воэможность идентифицировать эти сигналы, определены частоты ЯИР для ядер в доменах Q„ при 77 К методом спинового эха. Спин-эхо спектр состоит из пяти линий, а, b, с, d, е.

Проведена идентификация линий в соответствии с пятью различными положениями в кристаллической решетке ионов

3+

Fe . Частоты пяти линий ЯИР, зафиксированных стационарной методикой при 77 К, мало отличались от частот полученных методом спинового эха. Они интерпретированы как сигналы от ядер на краю доменных границ (частоты.И, таблица). Значения частот

Ц„ также приведены в таблице. Оставшиеся четыре линии ЯИР интерпретирснаны как сигналы от ядер в середине доменных границ (частоты р „, таблица), В середине доменных границ магнитные моменты атомов лежат в базисной плоскости. Идентификацию линий от ядер в серединс доменных грайиц можно провести, если известны изменения частот подрешеток при переориентации спиновых моментов от оси !

Э 4 с к базисной плоскости. Эти изменения измерены методом cllHHQBQI эха на образце, намагниченном до насыщения внешним полем. Кристалл вра10 щался вокруг оси, проходящей через базисную плоскость таким образом, чтобы ось с составляла угол (> с направлением внег него поля в пределах о

0-180- . Эксперимент проводился в поле

15 24,1 кЭ. На фиг. 2 приведены экспериментальные зависимости изменения частоты сигналов спинового эха 6р

u (y) -u (о) при изменении ориентации магнитного поля. Величины макси20 мального значения 6u = f(g) могут быть определены по экспериментальным зависимостям С = f (p), 6 И вЂ” аи (90 ) . Величины ttG3 подрешеток приведены в таблице. Зная

25 величины AU, можно определить частоты ЯИР подрешеток 01, для случая, когда магнитные моменты атомов лежат в базисной плоскости, и,= и„+6ц (2) 30

Из таблицы следует также, что при

55 использовании в качестве объекта исследований BaFe, О, анизотропия локальных частот в доменной границе может быть разного знака для разных подрешеток.

По значениям Ц, идентифицированы линии стационарного ЯИР от ядер в середине доменной границы (частоты

Ущ). Величины частот с0 и Q, приведены в таблице. Как видно из таблицы, и, подрешетки Ь мало отличаются от u „ подрешетки d. Это дает основание считать, что линия с частотой

40 75,57 ИГц, зафиксированная стационарной методикой, представляет собой суперпозицию линий с частотами ц

W для подрешетки b и ц 1 для подрешетки d.

4 Значения частоты,1,uД, Fu,полученные с помощью предлагаемого прибора,и значения „, (д, 6ц, полученные

mar методом спинового эха, хорошо согласуются, т.е. с помощью предлагаемого 0 прибора наблюдаются сигналы ЯМР от ядер на краю и в середине доменных границ.

1397960

15

30

45

Частота в доменных грани- Частота в доменах при 77 К, МГц цах при 77 К, МГц

Подрешетка

Г Г

Я У. b&=03 Я,1

+О, 90

-2, 50

58,40,1 59,30

70,20 67,70

+0i72

58,33 59,25

70, 18 67,45

2,73

При исследовании ЯМР стационарной методикой с помощью предлагаемого прибора наблюдалась зависимость амплитуды сигнала ЯМР от величины радиочастотного напряжения, подаваемого на контур-датчик с образцом.

На фиг. 3 приведены записанные с помощью графопостроителя участки частотной характеристики, на которых видны два пика ЯМР, соответствующие ядрам в центре доменной границы и на краю доменной границы для подрешетки с. Увеличение радиочастотного напряжения, подаваемого на контурдатчик с исследуемым кристаллом

BaFe, О, приводит к ослаблению сигналов ЯМР, что свидетельствует о их насьпцении. При напряжении 0,1 В сигналы ослаблялись до уровня чувствительности регистрирующей аппаратуры. В случае использования активных контуров в автодинах и сверхрегенераторах необходимо возбудить автоколебания при напряжениях на LC-êoíтуре 10 - В.

С помощью предлагаемого прибора можно проследить за изменениями частот у и u . для ядер в доменной границе йри повьппении температуры о

77 до 295 К. При этом линии можно наблюдать на экране электронно-лучевого индикатора XI-42 и необходимость в их идентификации при изменении температуры не возникает.

Для подрешетки с1 при комнатной температуре 295 К наблюдалось совмещение линий ЯМР от ядер в центре и на краю ДГ и спектр для этой подрешетки превращался в однолинейчатый.

При температуре 240 К имело место совпадение частот 61 и Q для подрешетки е при частоте ЯМР 56,6 МГц, Затем значение частоты Ы становилось меньше частоты ц 1 на величину 0,2 МГц при 295 К.

Таким образом, использование в качестве объекта исследования

BaFe О и предлагаемого устройства

12 позволяет продемонстрировать основные особенности ЯМР спектров ядер в доменных границах, а именно: двулинейность спектров ЯМР подрешеток; наличие разных знаков анизотропии локальных частот подрешеток; наблюдать визуально, без проведения идентификации температурные изменения частот а и Я,„; наблюдать превращение двулинейчатого спектра в однолинейчатый (для подрешеток е и д); наблюдать явление насьпцения ЯМР сигнала при увеличении радиочастотной мощности; определить величины локальных частот ЯМР подрешеток 3д для ядер в доменных границах (в известном устройстве используется металлический кобальт, не имеющий подрешеточной структуры).

При наличии большого числа подрешеток падает величина ЯМР сигнала, поскольку уменьшается число ядер, дающих вклад в ЯМР сигнал определенной частоты, Поэтому для увеличения

ЯМР сигнала необходимо увеличить число резонирующих ядер, в связи с чем проводилось 1007.-ное обогащение иэо51 топом Fe. формула изобретения

Прибор для изучения магнитного резонанса, содержащий пассивный колебательный контур, выходом через усилитель, узел регистрации, генератор и аттенюатор соединенный со своим входом, отличающийся тем, что, с целью расширения демонстрационных возможностей, сердечник катушки идуктивности пассивного колебательного контура изготовлен из BaFe< 0,1 имеющем 100Х-ное обогащение изотопом

"Fe.

1397960

11

1 1 с lo 1л,! нос 1,1 61н1цы

Подреаетка Частота в доменных гран -, Частота в доменах при 77 К, МГц цах при 77 К, МГц

Г Г

Фи@ l

7S 0J ЮIЧ

72, 31 71,88 -0,43 72, 28 71, 57

74,20 75,57 +1,37 74,07 75,57

d 75,57 76,19 +0,62 75,40 76,15

71 73

5tu 2

-0,31

+1,50

+0,75

)397960

1 397960

V- йГц

Составитель В. Ермаков

ТехРед М.Дида<

Редактор Л. Гратилпо

Корректор М. ПоМо

Заказ 2274/50

Тирам 459

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам ивобретений и открытий

113035, Москва, Ж-ЗЬ, Раушская наб., д. 4/5

Прокзводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4