JPH0462357B2 - - Google Patents
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- JPH0462357B2 JPH0462357B2 JP17506785A JP17506785A JPH0462357B2 JP H0462357 B2 JPH0462357 B2 JP H0462357B2 JP 17506785 A JP17506785 A JP 17506785A JP 17506785 A JP17506785 A JP 17506785A JP H0462357 B2 JPH0462357 B2 JP H0462357B2
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- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、マイクロ波における損失の小さい強
磁性体の強磁性共鳴吸収の測定方法に関するもの
である。
磁性体の強磁性共鳴吸収の測定方法に関するもの
である。
［従来の技術］
マイクロ波における損失の小さい強磁性体の強
磁性共鳴吸収を測定する場合には、大きく分け
て、(1)共振法と(2)非共振法がある。前者の共振法
は、試料を装荷する部品がマイクロ波共振器であ
る場合をいう。これは、共磁性共鳴半値幅ΔHが
比較的大きい場合や試料寸法が小さい場合、即ち
全体としての共鳴信号が小さい場合に用いられ
る。測定装置としては、第１図に示すように空胴
共振器３を用いた通常のESR（Electron Spin
Resonance）の装置がそのまま用いられる。
磁性共鳴吸収を測定する場合には、大きく分け
て、(1)共振法と(2)非共振法がある。前者の共振法
は、試料を装荷する部品がマイクロ波共振器であ
る場合をいう。これは、共磁性共鳴半値幅ΔHが
比較的大きい場合や試料寸法が小さい場合、即ち
全体としての共鳴信号が小さい場合に用いられ
る。測定装置としては、第１図に示すように空胴
共振器３を用いた通常のESR（Electron Spin
Resonance）の装置がそのまま用いられる。
マイクロ波電力はマイクロ波発振器１より導波
管８を介してサーキユレータ７で方向を変え空胴
共振器３に入力電力Piとして入る。空胴共振器３
の内部もしくは共振器の側壁に設けられた結合孔
の近傍の外部に、試料４が配される。強磁性共鳴
が生じない場合は、空胴共振器３と測定系はほぼ
臨界結合の状態にあり、反射電力Prは非常に小
さく、Pr＜＜Piが成立する。このときマイクロ
波検出器２の出力はほぼ零となる。電磁石のポー
ルピース５ａ，５ｂにより空胴共振器３が配され
た空間に静磁界を発生させ、強磁性共鳴を生じさ
せると、空胴共振器３からの反射電力Prが僅か
に増加する。これを信号としてマイクロ波検出器
２が検出するが、実際には磁界変調コイル６によ
り、僅かに高周波で変動させて、その変化分とし
ての微分波形を観測するようになつている。この
構成の原理的な条件は、摂動論が成立する範囲、
即ち強磁性共鳴状態でPr＜＜Piが成立すること
である。従つて、この方法はPr＜Piとなる強磁
性共鳴の信号が大きい場合には適していない。
管８を介してサーキユレータ７で方向を変え空胴
共振器３に入力電力Piとして入る。空胴共振器３
の内部もしくは共振器の側壁に設けられた結合孔
の近傍の外部に、試料４が配される。強磁性共鳴
が生じない場合は、空胴共振器３と測定系はほぼ
臨界結合の状態にあり、反射電力Prは非常に小
さく、Pr＜＜Piが成立する。このときマイクロ
波検出器２の出力はほぼ零となる。電磁石のポー
ルピース５ａ，５ｂにより空胴共振器３が配され
た空間に静磁界を発生させ、強磁性共鳴を生じさ
せると、空胴共振器３からの反射電力Prが僅か
に増加する。これを信号としてマイクロ波検出器
２が検出するが、実際には磁界変調コイル６によ
り、僅かに高周波で変動させて、その変化分とし
ての微分波形を観測するようになつている。この
構成の原理的な条件は、摂動論が成立する範囲、
即ち強磁性共鳴状態でPr＜＜Piが成立すること
である。従つて、この方法はPr＜Piとなる強磁
性共鳴の信号が大きい場合には適していない。
これに対して、非共振法は、第２図に示すよう
に試料を装荷するマイクロ波部品が通常の短絡線
路９の短絡端である場合を示す。これは、強磁性
共鳴半値幅ΔHが比較的小さい場合や試料寸法が
大きい場合、即ち全体としての共鳴信号が大きい
場合に用いられる。但し、反射電力Prは入射電
力Piとほぼ等しい。測定装置としては、通常の
ESRの装置では大きな反射波を測定する構成に
なつていないため、これをそのまま用いることが
できない。他の理由は、試料とマイクロ波の結合
が共振法に比較するとかなり小さいが、短絡線路
９の場合、定在波が生ずるためまだ大きすぎる。
に試料を装荷するマイクロ波部品が通常の短絡線
路９の短絡端である場合を示す。これは、強磁性
共鳴半値幅ΔHが比較的小さい場合や試料寸法が
大きい場合、即ち全体としての共鳴信号が大きい
場合に用いられる。但し、反射電力Prは入射電
力Piとほぼ等しい。測定装置としては、通常の
ESRの装置では大きな反射波を測定する構成に
なつていないため、これをそのまま用いることが
できない。他の理由は、試料とマイクロ波の結合
が共振法に比較するとかなり小さいが、短絡線路
９の場合、定在波が生ずるためまだ大きすぎる。
［発明が解決しようとする問題点］
強磁性共鳴半値幅ΔHが比較的小さい場合や試
料寸法が大きい場合、即ち全体としての共鳴信号
が大きい場合、上述したように短絡線路を用いた
非共振法は通常のESRの装置に回路的に適合し
ないという問題点があつた。
料寸法が大きい場合、即ち全体としての共鳴信号
が大きい場合、上述したように短絡線路を用いた
非共振法は通常のESRの装置に回路的に適合し
ないという問題点があつた。
本発明の目的は、通常のESRの装置に適合す
る非共振法の測定方法を提供することである。
る非共振法の測定方法を提供することである。
［問題点を解決するための手段］
本発明は、伝送線路の一方に整合負荷を設け、
かつ該伝送線路のある部分に一個以上の結合部分
を設け、測定すべき強磁性体の試料を該結合部分
に電磁気的に結合させ、かつ強磁性共鳴のため外
部から静磁界を印加し、該伝送線路の他方からマ
イクロ波電力を入射し、その反射電力を測定する
ことを特徴とする強磁性共鳴吸収の測定方法であ
る。
かつ該伝送線路のある部分に一個以上の結合部分
を設け、測定すべき強磁性体の試料を該結合部分
に電磁気的に結合させ、かつ強磁性共鳴のため外
部から静磁界を印加し、該伝送線路の他方からマ
イクロ波電力を入射し、その反射電力を測定する
ことを特徴とする強磁性共鳴吸収の測定方法であ
る。
本発明において、測定すべき試料と伝送線路と
の結合状態は第３図の等価回路で表される。Z0は
伝送線路の特性インピーダンスとほぼ同じインピ
ーダンスを持つ整合負荷を表す。直列に接続され
た回路定数は装荷された強磁性試料を示す。βは
線路と試料の結合状態を示す定数である。この等
価回路は、第４図に示すように、強磁性共鳴の有
効磁界H0＝０、H0＝∞でｘ＝x′−jx″で定義され
る帯磁率ｘの実数部x′（図中点線）も虚数部x″（図
中実線）の両方が零になることを考慮している。
の結合状態は第３図の等価回路で表される。Z0は
伝送線路の特性インピーダンスとほぼ同じインピ
ーダンスを持つ整合負荷を表す。直列に接続され
た回路定数は装荷された強磁性試料を示す。βは
線路と試料の結合状態を示す定数である。この等
価回路は、第４図に示すように、強磁性共鳴の有
効磁界H0＝０、H0＝∞でｘ＝x′−jx″で定義され
る帯磁率ｘの実数部x′（図中点線）も虚数部x″（図
中実線）の両方が零になることを考慮している。
第４図で、縦軸の位置に対応するH0はゼロで
はなく、強磁性共鳴磁界Hrである。
はなく、強磁性共鳴磁界Hrである。
このとき入射端からみたインピーダンスＺは
Ｚ＝Z0＋jβx＝Z0＋jβ（x′−jx″）＝Z0
＋β（x″＋jx′） ……(1)
式(1)は第３図に示す等価回路で示される。な
お、第３図において、見掛け上、x″が実数部、
x′が虚数部となつているが、前述のようにｘ＝
x′−jx″で定義されるから、x′はｘの実数部、
x″はｘの虚数部であることに注意しなければな
らない。
お、第３図において、見掛け上、x″が実数部、
x′が虚数部となつているが、前述のようにｘ＝
x′−jx″で定義されるから、x′はｘの実数部、
x″はｘの虚数部であることに注意しなければな
らない。
このとき入射端からみたインピーダンスＺは
Ｚ＝Z0＋βx″＋jβx′ ……(2)
であらわされる。
このときの反射係数Γは
Γ＝Ｚ−Z0／Ｚ＋Z0＝β（x″＋jx′）／2Z0＋β
（x″＋jx′） となる。
（x″＋jx′） となる。
本発明の構成では、定在波でなく主に進行波で
あるため、試料とマイクロ波の結合はかなり弱
い。そこで、βx′、βx″＜＜Z0と考えると、上式
は更に簡単となり es∝Γ＝β（x″＋jx′）／2Z0 ……(3) となる。但し、esは反射波の電解であり、反射電
力とはPr∝es2の関係がある。
あるため、試料とマイクロ波の結合はかなり弱
い。そこで、βx′、βx″＜＜Z0と考えると、上式
は更に簡単となり es∝Γ＝β（x″＋jx′）／2Z0 ……(3) となる。但し、esは反射波の電解であり、反射電
力とはPr∝es2の関係がある。
上式のようにesはΓに比例するので、実際にマ
イクロ波検出器で測定されるのは ｜es｜∝√′2＋″2 ……(4) である。この磁界依存性を第４図の一点鎖線で示
す。
イクロ波検出器で測定されるのは ｜es｜∝√′2＋″2 ……(4) である。この磁界依存性を第４図の一点鎖線で示
す。
強磁性共鳴点近傍での複素帯磁率ｘの実数部
x′と虚数部x″はそれぞれ次式で表される（参考文
献；小西著「フエライトを用いた最近のマイクロ
波技術」電子通信学会編昭和40年pp.10） x′＝ωm（ωi−ω）／（ωi−ω）2＋ω2α2…
…(5) x″＝ωmωα／（ωi−ω）2＋ω2α2 ……(6) 但し、ωm＝γ4πMs、ωi＝γH0、及びαは
Gilbert型の緩和定数である。ωはマイクロ波の
角周波数、4πMsは薄膜の飽和磁化、H0はKittel
の条件式から得られる有効磁界であり、γは
gyromagnetic ratioである。
x′と虚数部x″はそれぞれ次式で表される（参考文
献；小西著「フエライトを用いた最近のマイクロ
波技術」電子通信学会編昭和40年pp.10） x′＝ωm（ωi−ω）／（ωi−ω）2＋ω2α2…
…(5) x″＝ωmωα／（ωi−ω）2＋ω2α2 ……(6) 但し、ωm＝γ4πMs、ωi＝γH0、及びαは
Gilbert型の緩和定数である。ωはマイクロ波の
角周波数、4πMsは薄膜の飽和磁化、H0はKittel
の条件式から得られる有効磁界であり、γは
gyromagnetic ratioである。
(5)、(6)式を(4)式に代入して整理すると次のよう
になる。
になる。
実際に測定されるのは第５図に示すように、δ
｜es｜／δHextであるから、これから得られる見
掛け上のΔH′は δ2｜es｜／δHext2＝δ2｜es｜／δωi2・δωi2
／δHext2＝０……(8) を満足する二つの磁界間隔より求められる。但
し、Hextは外部磁界である。
｜es｜／δHextであるから、これから得られる見
掛け上のΔH′は δ2｜es｜／δHext2＝δ2｜es｜／δωi2・δωi2
／δHext2＝０……(8) を満足する二つの磁界間隔より求められる。但
し、Hextは外部磁界である。
δ｜es｜／δωi∝−１／２・ωm｛（ωi−ω）2
＋ω2α2｝-3/2・２（ωi−ω）δ2｜es｜／δωi2∝
−３／４・ωm｛（ωi−ω）2
＋ω2α2｝-5/2・４（ωi−ω）2−１／２・ωm｛（
ωi− ω）2 ＋ω2α2｝-3/2・２＝０ ３（ωi−ω）2−（ωi−ω）2−ω2α2＝０ ωi+＝ω±１／√２ωα ……(7) ΔH′＝１／√２・2ωα／γ＝１／√２ΔH……(
8) ここで、ΔH＝2ωα／γは真のΔHであり、強
磁性薄膜の膜面に垂直に静磁界を印加した場合に
相当する。(8)式から分かるように本発明の測定方
法では真のΔHは、測定される見掛け上のΔH′を
√２倍しなければならないことを示している。
ωi− ω）2 ＋ω2α2｝-3/2・２＝０ ３（ωi−ω）2−（ωi−ω）2−ω2α2＝０ ωi+＝ω±１／√２ωα ……(7) ΔH′＝１／√２・2ωα／γ＝１／√２ΔH……(
8) ここで、ΔH＝2ωα／γは真のΔHであり、強
磁性薄膜の膜面に垂直に静磁界を印加した場合に
相当する。(8)式から分かるように本発明の測定方
法では真のΔHは、測定される見掛け上のΔH′を
√２倍しなければならないことを示している。
［実施例］
第６図は、本発明の原理等価回路第３図を実現
するための一実施例を示す測定装置のブロツク図
である。直導波管１０が測定腕となり、電磁石の
ポールピース５ａ，５ｂの間に入る。整合負荷１
１が直導波管１０の終端に接続される。試料４
は、磁界分布のできるだけ均一な部分に配され、
本実施例の図では導波管の内部に置かれている。
するための一実施例を示す測定装置のブロツク図
である。直導波管１０が測定腕となり、電磁石の
ポールピース５ａ，５ｂの間に入る。整合負荷１
１が直導波管１０の終端に接続される。試料４
は、磁界分布のできるだけ均一な部分に配され、
本実施例の図では導波管の内部に置かれている。
本構成の図から分かるように、強磁性共鳴が生
じない場合、入射電力Piはそのまま整合負荷１１
で消費されるので、反射電力Prは著しく小さい。
即ち、Pr＜＜Piが成立し、これは通常のESRの
測定装置の回路構成に適合する。ポールピース５
ａ，５ｂにより磁界が発生し、試料４がマイクロ
波と強磁性共鳴状態になると、インピーダンスが
変化して反射波が生じ、マイクロ波検出器に信号
が現れる。
じない場合、入射電力Piはそのまま整合負荷１１
で消費されるので、反射電力Prは著しく小さい。
即ち、Pr＜＜Piが成立し、これは通常のESRの
測定装置の回路構成に適合する。ポールピース５
ａ，５ｂにより磁界が発生し、試料４がマイクロ
波と強磁性共鳴状態になると、インピーダンスが
変化して反射波が生じ、マイクロ波検出器に信号
が現れる。
第７図は、第６図の実施例で用いた直導波管と
整合負荷の実際の寸法を示す。結合孔の寸法の効
果の実験ができるように、４，６，８，10mmφの
４つの結合孔を導波管のＨ面にあけた。この種々
の大きさの結合孔は、試料の寸法やΔHの大きさ
に合わせて、最適な出力が得られるように自由度
を持たせるためである。
整合負荷の実際の寸法を示す。結合孔の寸法の効
果の実験ができるように、４，６，８，10mmφの
４つの結合孔を導波管のＨ面にあけた。この種々
の大きさの結合孔は、試料の寸法やΔHの大きさ
に合わせて、最適な出力が得られるように自由度
を持たせるためである。
試料の保持の仕方としては、治具に試料を取り
付けて該結合孔から直導波管の中に挿入すること
が考えられる。又、別の方法としては第９図に示
すように板状の試料を結合孔に外側から近接もし
くは接触させるということも考えられる。一般の
LPE製造プロセスでは、ウエーハーを加工する
ことなく、できるだけ早く生成膜の物性を調べる
必要があるので第９図の方法が実用的である。
付けて該結合孔から直導波管の中に挿入すること
が考えられる。又、別の方法としては第９図に示
すように板状の試料を結合孔に外側から近接もし
くは接触させるということも考えられる。一般の
LPE製造プロセスでは、ウエーハーを加工する
ことなく、できるだけ早く生成膜の物性を調べる
必要があるので第９図の方法が実用的である。
又、他の実施例として、導波管のＥ面に同じよ
うな４種類の結合孔を開けた実験を行つたが、前
述の実施例のＨ面の場合に比較して両者に大きな
差を見出すことができなかつた。このことはＥ面
でもＨ面でも本発明の効果がほとんど変化ないこ
とを意味している。
うな４種類の結合孔を開けた実験を行つたが、前
述の実施例のＨ面の場合に比較して両者に大きな
差を見出すことができなかつた。このことはＥ面
でもＨ面でも本発明の効果がほとんど変化ないこ
とを意味している。
第８図は、１インチの直径のGGG
（Gadolinium Gallium Garnet）ウエーハーの上
に作製された約10μｍの厚みのYIG（Yttrium
Iron Garnet）のLPE（Liquid Phase Epitaxial）
薄膜を結合孔の外側から第９図のように接触させ
て9.03GHzの周波数で測定したデータである。結
合孔の直径は８mmφを用いた。この図から見掛け
上のΔH′は0.42〓ｅと測定され、真のΔHは√２
倍し、0.59〓ｅとなる。又、強磁性共鳴磁界が
4977〓ｅであることから、Kittelの共鳴条件式 ω＝γ（Hext−4πMs） ……(9) より、4πMsを求めると4πMs＝1753Gが得られ
る。この値はYIGの飽和磁化として他の文献値
1800Gとほぼ等しい。
（Gadolinium Gallium Garnet）ウエーハーの上
に作製された約10μｍの厚みのYIG（Yttrium
Iron Garnet）のLPE（Liquid Phase Epitaxial）
薄膜を結合孔の外側から第９図のように接触させ
て9.03GHzの周波数で測定したデータである。結
合孔の直径は８mmφを用いた。この図から見掛け
上のΔH′は0.42〓ｅと測定され、真のΔHは√２
倍し、0.59〓ｅとなる。又、強磁性共鳴磁界が
4977〓ｅであることから、Kittelの共鳴条件式 ω＝γ（Hext−4πMs） ……(9) より、4πMsを求めると4πMs＝1753Gが得られ
る。この値はYIGの飽和磁化として他の文献値
1800Gとほぼ等しい。
第１０図は、本発明の他の実施例である該伝送
線路として同軸線路を用いた場合である。約2G
Hz以下の周波数帯で適した伝送線路である。
線路として同軸線路を用いた場合である。約2G
Hz以下の周波数帯で適した伝送線路である。
［発明の効果］
本発明の測定方法によれば、従来、通常の
ESRの装置では測定が困難であつた低ΔHの試料
や寸法の大きい試料の強磁性共鳴吸収を比較的簡
単に測定することができる。
ESRの装置では測定が困難であつた低ΔHの試料
や寸法の大きい試料の強磁性共鳴吸収を比較的簡
単に測定することができる。
第１図は従来技術による共振法を用いたESR
の測定装置のブロツク図、第２図は従来技術によ
る非共振法を用いた測定装置のブロツク図、第３
図は本発明による非共振法の等価回路図、第４図
は複素帯磁率の各成分の磁界依存性を示す図、第
５図は本発明の測定方法で理論的に予想される検
出信号の外部磁界依存性を示す図、第６図は本発
明による非共振法を用いた測定装置のブロツク
図、第７図は本発明の一実施例を示す整合負荷付
直導波管の組立図、第９図、第１０図は本発明の
他の実施例を示す試料の取付け図。第８図は本発
明の実施例で測定された検出信号の外部磁界依存
性を示す図。
の測定装置のブロツク図、第２図は従来技術によ
る非共振法を用いた測定装置のブロツク図、第３
図は本発明による非共振法の等価回路図、第４図
は複素帯磁率の各成分の磁界依存性を示す図、第
５図は本発明の測定方法で理論的に予想される検
出信号の外部磁界依存性を示す図、第６図は本発
明による非共振法を用いた測定装置のブロツク
図、第７図は本発明の一実施例を示す整合負荷付
直導波管の組立図、第９図、第１０図は本発明の
他の実施例を示す試料の取付け図。第８図は本発
明の実施例で測定された検出信号の外部磁界依存
性を示す図。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ マイクロ波伝送線路の軸方向に対して端部に
整合負荷を設け、 かつ前記マイクロ波伝送線路の軸方向に対して
側部に測定すべき強磁性体の試料をマイクロ波電
力とマイクロ波的に結合させる結合部分を設け、 かつ強磁性共鳴のため外部から前記試料に静磁
界を印加し、前記マイクロ波伝送線路の他端から
マイクロ波電力を入射し、その反射電力を測定す
ることを特徴とする強磁性共鳴吸収の測定方法。 ２ 前記伝送線路として導波管を用いたことを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の強磁性共
鳴吸収の測定方法。 ３ 前記導波管の結合部分として矩型導波管のＨ
面に平行な導波壁に結合孔を設けたことを特徴と
する特許請求の範囲第２項に記載の強磁性共鳴吸
収の測定方法。 ４ 前記導波管の結合部分として矩型導波管のＥ
面に平行な導波壁に結合孔を設けたことを特徴と
する特許請求の範囲第２項に記載の強磁性共鳴吸
収の測定方法。 ５ 前記伝送線路として同軸管を用いたことを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の強磁性共
鳴吸収の測定方法。 ６ 前記伝送線路として同軸もしくは導波管を用
い、かつ前記導波管の結合部分として矩形型導波
管のＨ面に平行な導波壁に設けた結合孔の近傍の
外側に前記試料を配し、外側から前記試料を接近
させるか若しくは前記結合孔に接触させることを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の強磁性
共鳴吸収の測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17506785A JPS6235275A (ja) | 1985-08-09 | 1985-08-09 | 強磁性共鳴吸収の測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17506785A JPS6235275A (ja) | 1985-08-09 | 1985-08-09 | 強磁性共鳴吸収の測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6235275A JPS6235275A (ja) | 1987-02-16 |
| JPH0462357B2 true JPH0462357B2 (ja) | 1992-10-06 |
Family
ID=15989652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17506785A Granted JPS6235275A (ja) | 1985-08-09 | 1985-08-09 | 強磁性共鳴吸収の測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6235275A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0641970B2 (ja) * | 1986-07-04 | 1994-06-01 | 日立金属株式会社 | 強磁性共鳴吸収の測定方法 |
| GB0024837D0 (en) * | 2000-10-10 | 2000-11-22 | Univ Keele | Ferromagnetic resonance measurement |
| CN103472073B (zh) * | 2013-09-24 | 2016-03-16 | 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 | 基于微波共振吸收的铁矿分析方法及装置 |
-
1985
- 1985-08-09 JP JP17506785A patent/JPS6235275A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6235275A (ja) | 1987-02-16 |
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