「強磁性共鳴」の版間の差分

削除された内容追加された内容

インライン

2020年1月25日 (土) 16:12時点における最新版

強磁性共鳴 (きょうじせいきょうめい英: Ferromagnetic resonance, FMR）とは、強磁性材料の磁化を検査する分光学的手法である。スピン波やスピンダイナミクスを検知するための標準的ツールとされる。FMR は電子常磁性共鳴 (EPR) と大枠は類似しており、核磁気共鳴 (NMR) とも類似するところがある。相違点は、NMR では非零の核スピンをもつ原子核の磁気モーメントを検知するのに対して、FMR では双極子結合している不対電子を検知する点にある。

歴史[編集]

強磁性共鳴は、1911年 V. K. Arkad'yev により、強磁性材料の UHF 波吸収の観測中に、気付かないままに発見された。FMR の定性的説明は Arkad'yev の観測結果の説明と共に、1923年に Ya. G. Dorfman により提示され、同時に彼はゼーマン分裂による光学遷移による強磁性構造の研究手法を提案した。

1935年に、レフ・ランダウとエフゲニー・リフシッツはある論文中でラーモア歳差運動に強磁性共鳴が有り得ることを予言し、1946年に J. H. E. Griffiths (UK) とイェフゲニィー・ザヴォイスキー(USSR) により独立に実験により確認された^[1]^[2]^[3]。

説明[編集]

FMR は（通常とても大きい）強磁性材料の磁化 $M$ を外部磁場 $H$ 下においたときの歳差運動から生じる。外部磁場により試料の磁化はトルクを受け、磁気モーメントは歳差を始める。磁化歳差の周波数は材料の配向性、外部磁場の強度、試料の巨視的磁化により変化する。強磁性体の有効歳差周波数は EPR で見られる自由電子の歳差周波数よりも随分低い。その上、吸収線幅は双極子縮小効果と交換拡大（量子）効果により大きく左右される。さらに、FMR で観測される吸収線はすべてが磁性体中の電子の磁気モーメントの歳差に起因するものではない。したがって、FMR スペクトルの理論的解析は EPR や NMR スペクトルの場合よりも著しく複雑になる。

FMR 実験装置の基本的構成は、マイクロ波共振器（英語版）と電磁石からなる。共振器の共振周波数はセンチメートル波帯に固定されている。検知器が共振器の端に取り付けられ、マイクロ波を検知する。強磁性試料は電磁石の磁極の間に設置され、磁場強度を掃引しながらマイクロ波の吸収強度を測定する。磁化歳差周波数とマイクロ波共振器の共振周波数と一致したとき、吸収強度は鋭く上昇し、検知器の検知するマイクロ波強度の減少によりこれを知ることができる。

さらに、マイクロ波エネルギーの共鳴吸収により磁性体は局所的に加熱される。局所的に磁性パラメータがナノメートルスケールで変化するような試料においては、この効果により空間的な分光学的調査を行うことができる。

薄膜に平行に外部磁場 $B$ を印加した際の共鳴周波数は、下のキッテルの公式により与えられる^[4]。

f={\frac {\gamma }{2\pi }}{\sqrt {B(B+\mu _{0}M)}}

ここで、 $M$ は強磁性体の磁化を、 $γ$ は磁気回転比を、 $μ 0$ は透磁率を表わす^[5]。

出典[編集]

^ J. H. E. Griffiths (1946). “Anomalous high-frequency resistance of ferromagnetic metals”. Nature 158 (4019): 670.
^ Zavoisky, E. (1946). “Spin magnetic resonance in the decimeter-wave region”. Fizicheskiĭ Zhurnal 10.
^ Zavoisky, E. (1946). “Paramagnetic absorption in some salts in perpendicular magnetic fields”. Zhurnal Eksperimentalnoi I Teoreticheskoi Fiziki 16 (7): 603-606.
^ Kittel, Charles (2004). Introduction to Solid State Physics (8th ed.). Wiley. ISBN 047141526X
^ Kittel, Charles (15 January 1948). “On the Theory of Ferromagnetic Resonance Absorption”. Physical Review 73 (2): 155–161. Bibcode: 1948PhRv...73..155K. doi:10.1103/PhysRev.73.155.

外部リンク[編集]

Calculation of some important resonance fields
Spatially resolved ferromagnetic resonance technique
Ferromagnetic Resonance (FMR) (Wolfgang Küch, Freie Universität Berlin)

[1] J. H. E. Griffiths (1946). “Anomalous high-frequency resistance of ferromagnetic metals”. Nature 158 (4019): 670.

[2] Zavoisky, E. (1946). “Spin magnetic resonance in the decimeter-wave region”. Fizicheskiĭ Zhurnal 10.

[3] Zavoisky, E. (1946). “Paramagnetic absorption in some salts in perpendicular magnetic fields”. Zhurnal Eksperimentalnoi I Teoreticheskoi Fiziki 16 (7): 603-606.

[4] Kittel, Charles (2004). Introduction to Solid State Physics (8th ed.). Wiley. ISBN 047141526X

[5] Kittel, Charles (15 January 1948). “On the Theory of Ferromagnetic Resonance Absorption”. Physical Review 73 (2): 155–161. Bibcode: 1948PhRv...73..155K. doi:10.1103/PhysRev.73.155.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

@@ 5行目: / 5行目: @@
 強磁性共鳴は、1911年 V. K. Arkad'yev により、強磁性材料の [[極超短波|UHF]] 波[[吸光|吸収]]の観測中に、気付かないままに発見された。FMR の定性的説明は Arkad'yev の観測結果の説明と共に、1923年に Ya. G. Dorfman により提示され、同時に彼は[[ゼーマン効果|ゼーマン分裂]]による[[光学]]遷移による強磁性構造の研究手法を提案した。
-年に、[[レフ・ランダウ]]と[[エフゲニー・リフシッツ]]はある論文中で[[ラーモア歳差運動]]に強磁性共鳴が有り得ることを予言し、1946年に J. H. E. Griffiths (UK) と [[イェフゲニィー・ザヴォイスキー]](USSR) により独立に実験により確認された<ref>{{Cite journal|author=J. H. E. Griffiths|date=1946|title=Anomalous high-frequency resistance of ferromagnetic metals|url=|journal=[[Nature (journal)|Nature]]|volume=158|issue=4019|pages=670|publisher=}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Zavoisky|first=E.|author-link=イェフゲニィー・ザヴォイスキー|year=1946|title=Spin magnetic resonance in the decimeter-wave region|journal=Fizicheskiĭ Zhurnal|volume=10|issue=|pages=|bibcode=|DOI=}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Zavoisky|first=E.|author-link=イェフゲニィー・ザヴォイスキー|year=1946|title=Paramagnetic absorption in some salts in perpendicular magnetic fields|journal=Zhurnal Eksperimentalnoi I Teoreticheskoi Fiziki|volume=16|issue=7|pages=603-606|publisher=|bibcode=|DOI=}}</ref>。
+年に、[[レフ・ランダウ]]と[[エフゲニー・リフシッツ]]はある論文中で[[ラーモア歳差運動]]に強磁性共鳴が有り得ることを予言し、1946年に J. H. E. Griffiths (UK) と [[イェフゲニィー・ザヴォイスキー]](USSR) により独立に実験により確認された<ref>{{Cite journal|author=J. H. E. Griffiths|date=1946|title=Anomalous high-frequency resistance of ferromagnetic metals|url=|journal=[[Nature (journal)|Nature]]|volume=158|issue=4019|pages=670|publisher=}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Zavoisky|first=E.|author-link=イェフゲニィー・ザヴォイスキー|year=1946|title=Spin magnetic resonance in the decimeter-wave region|journal=Fizicheskiĭ Zhurnal|volume=10|issue=|pages=|bibcode=|doi=}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Zavoisky|first=E.|author-link=イェフゲニィー・ザヴォイスキー|year=1946|title=Paramagnetic absorption in some salts in perpendicular magnetic fields|journal=Zhurnal Eksperimentalnoi I Teoreticheskoi Fiziki|volume=16|issue=7|pages=603-606|publisher=|bibcode=|doi=}}</ref>。
 == 説明 ==
@@ 16行目: / 16行目: @@
 薄膜に平行に外部磁場 {{Mvar|'''B'''}} を印加した際の共鳴周波数は、下の[[チャールズ・キッテル|キッテル]]の公式により与えられる<ref>{{Cite book|last=Kittel|first=Charles|year=2004|title= Introduction to Solid State Physics|edition=8th |publisher=Wiley | ISBN=047141526X}}</ref>。
 : <math> f = \frac{\gamma} {2 \pi} \sqrt{B (B + \mu_0 M)}</math>
-ここで、{{Mvar|'''M'''}} は強磁性体の磁化を、{{Mvar|&gamma;}} は[[磁気回転比]]を、{{Math|''&mu;''<sub>0</sub>}} は[[透磁率]]を表わす<ref>{{Cite journal|last=Kittel|first=Charles|date=15 January 1948|title=On the Theory of Ferromagnetic Resonance Absorption|journal=Physical Review|volume=73|issue=2|pages=155–161|bibcode=1948PhRv...73..155K|DOI=10.1103/PhysRev.73.155}}</ref>。
+ここで、{{Mvar|'''M'''}} は強磁性体の磁化を、{{Mvar|&gamma;}} は[[磁気回転比]]を、{{Math|''&mu;''<sub>0</sub>}} は[[透磁率]]を表わす<ref>{{Cite journal|last=Kittel|first=Charles|date=15 January 1948|title=On the Theory of Ferromagnetic Resonance Absorption|journal=Physical Review|volume=73|issue=2|pages=155–161|bibcode=1948PhRv...73..155K|doi=10.1103/PhysRev.73.155}}</ref>。
 == 関連項目 ==

表話編歴分光法
赤外	FT-IR ラマン共鳴ラマン（英語版）回転回転振動振動振動円二色性（英語版）
紫外-可視光–近赤外	紫外可視蛍光振電（英語版）近赤外 REMPI（英語版）ラマン光学活性（英語版）ラマン分光法レーザー誘起
X線（英語版）と光電子	エネルギー分散型X線分析光電子原子放出 X線光電子分光 EXAFS
核子	ガンマ（英語版）メスバウアー
電波	NMR テラヘルツ ESR/EPR 強磁性共鳴
他	音響共鳴（英語版）オージェ分光天体分光学キャビリティリングダウン（英語版）円偏光二色性吸光分光法コヒーレント反ストークスラマン（英語版）冷蒸気蛍光（英語版）転換電子メスバウアー（英語版）相関 DLTS 二重偏波電子現象学分光法（英語版） Force フーリエ変換分光法グロー放電光学発光分光法（英語版）ハドロン分光法（英語版）ハイパースペクトルイメージング非弾性電子トンネル分光法（英語版）非弾性中性子散乱中性子スピンエコー（英語版）光音響分光光熱変換分光法ポンプ-プローブ分光法飽和分光（英語版）走査型トンネル分光法分光測色法時間分解分光法（英語版）タイムストレッチ（英語版）熱赤外分光法ビデオ分光法（英語版）線形分子の振動分光法（英語版）