JPS5963579A - 静磁界波磁力計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は静磁界波（磁波）磁力計に関する。これらの磁
力針は、その同調周波数が測定すべき磁界の関数である
発振器によって発生される２つの交流信号を減算混合す
ることに基づくものである。

各発振器の同調は、ガドリウムおよびガリウムガーネッ
ト（ＧＧＧ　）によって形成した基質上にエピタキシャ
ル成長したイツトリウム及び鉄ガーネット（ＹＩＧ）の
層から構成した、静磁界体積、または表面波の遅延素子
又は共振素子によって決定される。２つの静磁界波発振
器から成る配列において、反対向きで同一方向の磁石の
分極磁界が磁石層に隣接する２つの伝播領域に加えられ
る。静磁界波は、その入力及び出力が静磁界波に対する
トランスジューサに接続されたＶＨＦ増幅回路のために
、これらの２つの領域内で付勢される。外部磁界が存在
しないときは、発振周波数の減算混合は低周波数の出力
信号を与える。外部磁界が存在するときには、出力信号
の周波数は、２つの体積中に共存するこの磁界が分極し
た磁界の１つに加えられ、また他の１つから減算される
ので、変化する。その結果、この周波数の変化は分極磁
界の整合の方向に沿って測定すべき磁界の成分を表す。

生じる問題は、温度変化によって生じる周波数変動を最
小に制限することである。このことは、測定装置が発振
周波数の減算混合中１つを他のものに対してバランスし
た温度ドリフトを示す２つの静磁界波発振器に分割され
るからである。この構成は３桁の大きさも温度変化を減
少させることを可能にし、このことば、例えば℃当り数
ｐｐｍに減少した周波数ドリフト（変動）を導き出す。

例えば、ＹＩＧの純粋層によって発生される進行体積静
電界波（ＯＭｔｌＦ）によって作動される磁力計を例に
とると、５ｐｐｍ／”ｃの周波数差のドリフトにまで達
することを可能にする。ガンマの項で熱偏移を表すこと
によって不安定性は３６０γ／℃とじて検出される。こ
の実質的な値は、もしエルステッドの１０万分の１であ
るガンマの目盛で測定を行うことを意図する場合には、
この種の磁力計の利点を減少させる。

この欠点を克服するために、１９７９年２月２７日に出
願され（出願番号第７９０５００６号）、番号第２４５
０４６２号で公開された出願人の特許出願の如き、４つ
の測定領域及び２つの減算混合段に頼る熱制御式包囲体
構造に頼ることができる。しかし、この配列は比較的複
雑なものである。

本発明は、その目的として静磁界波に感応する少なくと
も２つのマイクロ波発振器から成る静磁界波発振器であ
って、前記発振器が測定すべき磁界に露呈した磁石材料
層を各りが有するモノリシック装置と・同一方向の所定
の磁界に前記層をそれぞれ露呈する電磁石手段と、を含
み、この方向は反対向きであるが互いに接近した強度の
最大感度の方向であり、前記発振器は互いに接近した発
振周波数を有し、前記磁力計が、信号を与えるために発
振器にそれぞれ接続した２つの入力を有する混合装置を
さらに含み、前記信号の周波数が２つの発振器の発振局
”波数の差に等しく且つ前記方向において測定すべき磁
界の成分の関数とに可変であるような磁力計において、
磁石材料（２ａ、２ｂ）がガリウム置換され且つ置換の
割合が単位を超えないような式Ｙ３　Ｆｅ５−ｘ　Ｇａ
ｘ　Ｏｎを有するイツトリウム及び鉄ガーネットである
ことを特徴とする磁力計を有する。

次に、図面を参照して本発明を説明する。第１図には、
ガドリニウム及びガリウムガーネットの基質１が示され
ており、図面の面内に配置したその表面は２つの磁石層
素子２ａ及び２ｂを有している。

磁石１５２ａ、２ｂは例えば２０μｍの均一の厚さを有
する。その層は、Ｙ　３’　Ｆｅ５０＋２ガーネツトの
エビクキシャル成長によって得られる。層素子２ａ及び
２ｂは内部磁界を発生する磁石８及び９によって分極さ
れる。第１図に示す如く、これらの磁界は反対向きであ
り、測定すべき外部磁界の成分りとは同一方向である。

磁界１１ａ、　Ｈｂ及びｈは図の面ｘ、ｙの方向にすべ
て平行である。層素子２ａは２つの部分５ａ及び６ａ中
に導電構造体を有している。部分５ａ及び６ａはｙに平
行な直方形導電性ストリップを有し、ストリップの両端
は、磁石８の側において共通の設置ストランプによって
、及び磁石９の側において２つの入力・出力接続部によ
って、接続されている。増幅器１０ａは、その出力がエ
ミッタ部６ａの入力接続部に、その入力がレセプタ部５
ａの出力接続部に接続されている。組立体２ａ、５ａ、
６ａ、及び１０ａは第１静磁界表面波発振器を形成する
。

２つの発振器は測定信号Ｓを発生する減算ミキサ１１の
２つの入力に接続されている。

２つの発振器の発振周波数は、静磁界表面波の電送遅れ
に異存する。しかしながら、静磁界表面波の伝播速度は
、内部磁界ＨａまたはＨｂ、磁石層の飽和点における磁
化４πＭ及び測定すべき磁界りを含む数個のパラメータ
に依存する。内部磁界１１ａ及びｌｌｂは磁石８及び９
によって与えられる分極磁界の関数であり、それから磁
石層の減磁界及び異方性磁界が誘導される。測定すべき
磁界にかかわらず、他のパラメータのすべては、磁石層
の温度θ及び用いられる磁石の温度によって影響を受け
る。

静磁界波磁力針の熱的ドリフトΔｆ／ｆΔθを減少する
問題は、２つの発振器及び用いられる磁化手段に関して
基本的に生じる。もし発振器が２ギカヘルツの周波数で
作動し且つ用いられる磁石層が純粋のＹＩＧ形であるな
らば、静磁界表面波は−９９９０ｐｐｍ　／　’Ｃに等
しい負の周波数偏移を生じさせる。そのような磁石層を
特徴付けるこの偏移は、反対方向に適当なドリフトを導
入するかもしれない磁石を採用することによっては平衡
をとることができない。その結果、弱い磁界りを測定す
るのに適した磁力針にとっては、内部磁界１１ａ及びＩ
ｌｂは磁界りに比較して異品に大きくなるべきでなく且
つ飽和磁化に関連した減磁界は磁石によって与えられる
分極磁界と同様にできるだけ小さくなければならない。

静磁界表面波磁力計の発振周波数の熱ドリフトの調査は
、式Ｙ３Ｆｅ５０ｔｘを有する純粋のＹＩＧを式Ｙ３　
Ｆｅ５−ｘ　Ｇａｘ　Ｏｖａを有するガリウム置換した
ＹＩＧに置換えることが有利であることを示している。

単位より大きくない置換比Ｘを採用する条件を受りて、
磁石層は、過度の損失なしに静磁界波の伝播を可能にす
るのに充分狭いハント°巾ΔＨを保持する。

第３図は鉄原子をガリウム原子に置換することによって
得られる利点をしめす。熱ドリフトΔｆ／ｆΔθの絶対
値は縦軸ｙに描かれている。

零と１との間に対応する置換比Ｘが横軸として描かれて
いる。グラフ１７は、１３ギガヘルツの発振周波数にお
いて、厚さ　ｄ　＝　２０．ｃ＋　ｍのＹ３Ｆ５−ｘＧ
ａｘ　Ｏｖａの磁石層によって伝播されるλ−３００μ
ｍの波長の静磁界表面波に対して置換される割合に対す
る負の熱ドリフトを結合する関係をする。熱周波数ドリ
フトは、一定確化において検出した磁石層によってのみ
生じる。純粋のＹＩＧは１３ギガヘルツにおいて４００
ρｐｍ／’Ｃのオーダーの負のドリフトを与えることが
第３図から明らかである。もし置換比が単位（すなわち
ｌ）に近づくと、このドリフトはその値の１／４に落ち
る。グラフ１８は、３ギガヘルツの発振周波数だけが異
なる同一の条件下で描かれたものである。純粋のＹＩＧ
のドリフトはほぼ一１４００ｐｐｍ　／　’Ｃであり、
１に接近する置換の比Ｘに対して一３６０ｐｐｍ／　’
Ｃに落ちる。

第３図の他のグラフは、この場合、正である熱周波数ド
リフト中の置換の静磁界体積進行波に対する図示である
。グラフ１５は１３ギガヘルツの発振周波数において描
かれており、グラフ１６は３ギガヘルツの発振周波数で
描かれている。

前述のことから、本発明の特徴の１つは、式Ｙ３　Ｆｅ
５−ｘ　Ｇａｘ　０１２（ここでＯ＜ｘ≦１）を有する
磁石層を利用することである。このことは、静磁界表面
波磁力計ばかりでなく静磁界体積進行波磁力計に対して
も適用できる。

式Ｙ３　Ｆｅ５１ｘ　Ｇａｘ　０１２を有する磁石層の
利用は静磁界体積進行波磁力計の場合に特に有利である
。

実際に、第２図は、熱ドリフトが純粋ＹＩＧの磁石層か
らまたは磁石の固有熱ドリフトから依存する発振周波数
から生じる熱ドリフトの分離を示すグラフである。これ
ば第２図の形式の静電界体積進行波を有する構造体であ
る。ドリフトΔｆ／ｆΔθは絶対値で縦軸として描かれ
ており、発振周波数は横軸として描かれている。純粋な
ＹＩＧに固有の熱ドリフトは正であり、グラフ１４によ
って示されている。２つのサマリウムコバルト磁石に関
連するドリフトグラフが第２図に描かれている。グラフ
１３はΔＨ／ＨΔθ＝９００ｐｐｍ／’Ｃによって与え
られる磁界Ｈにおける負の熱ドリフトを与える。

グラフには、ΔＨ／ＨΔθ−−４００ｐ四７”ｃによっ
て与えられる磁界Ｈドリフトを有するサマリウムコバル
ト磁石の固有の負の熱ドリフトを与える。

ＹＩＧ層及び磁石によって生じる熱ドリフトの正負の符
号を考慮すると、偏移グラフがグラフ１３によって与え
られる磁石は、グラフ１３及び１４が交叉する周波数に
おいてＹＩＧ層のドリフトに対して精密にバランスする
ことを可能にすることは明らかである。高周波数におい
て偏移バランスを達成するのに、分極磁界は２つの種類
の磁石を組合せることによって発生される。

第３図の教示は、鉄原子をガリウム原子によって部分的
に置換えることが磁石層の固有熱偏移の低下を生じさせ
ることを示している。したがって、置換した層に関係す
るグラフ１４は磁石に関係するグラフ１２と容易に出合
うことができ技術上得ることが容易である。通常の磁石
で選択した周波数において熱ドリフトバランスを得るた
めには、磁石層及び分極磁石を特徴付ける正負の符号の
２つの偏移の絶対値を等しくするように置換比Ｘに作用
するだけで充分である。

測定すべき磁界が磁界Ｈａ及びｌｌｂにくわえられて及
びそれらから減算されるので、磁化磁界の値ができるた
り低いことが望ましいことは前衛のことから明らかであ
る。この結果は、ガリウム及びランタンによって置換し
たＹＩＧの層を利用することによって得られる。ガリウ
ムは、４πＭの値、したがって分極磁界の値を減少する
。

ランタンの割合を調整することによって、層の面に直角
な方向に沿って容易な磁化軸線を発生することが可能で
ある。この場合、ランタンによって生した応力はこの好
ましい磁化方向の原点におけるものである。非制限的な
例によると、磁化４πＭ　＝　４５２エルステツドがｙ
＝０．１及びｘ＝０．７で組成分Ｙ３−ｙ　Ｌａｙ　Ｆ
ｅ５−ｘ　Ｇａｘ　０１２を有する材料において測定さ
れた。純粋なＹＩＧに対しては、飽和点における磁化ば
４πＭ　＝　１７５０エルステツドである。

第４図は、本発明にしたがって構成した静磁界体積進行
波磁力針を示す。置換層素子２ａ及び２ｂは２つの磁石
８ａ及び８ｂによって分極され、各々は反射体格子３ａ
、４ａ及び３ｂ、４ｂによって限定された共振空胴を構
成する。測定すべき磁界りは空間ひずみを受けない。そ
の理由は磁石桐材が分極磁束をチャンネル化する″ソフ
ト（軟）″磁石素子から構成されないこの実施例におい
て飽和されるからである。磁石８ａ及び８ｂはできるだ
け等しい内部磁界１１ａ及びｌｌｂを発生し、内部磁界
は磁石層２ａ、２ｂに直角であるが向きが異なるもので
ある。

第５図は、２つの共振器３ａ、４ａ及び３ｂ、４ｂから
成る静磁界表面波磁力計を示す。飽和した磁石８ａ及び
９ａは層２ａ中に磁界Ｈａを発生し、飽和した磁石８ｂ
及び９ｂは層２ｂ中に反対向きの磁界１１ｂを発生する
。

Ｉ皆２ａ及び２ｂはガリウム置換ＹＩＧのエビクキシャ
ル層である。磁石９ｂは電気接続を明瞭にするために点
線で示されている。

【図面の簡単な説明】 第１図は周知の静磁界表面波磁力計を示す。 第２図及び第３図はその説明である。 第４図は、本発明の静磁界体積進行波形式の磁力針を示
す。 第５図は、本発明の静磁界表面波形式の磁力計を示す。 （主な参照番号） ■００．基質、　　　　２ａ、２　ｂ　、；、磁石層素
子、８．９０８．磁石　　　Ｈａ、、Ｈｂ、ｈ、、、磁
界出願人　トムソンーセーエスエフ 代理人　弁理士　新居　止音 でｆ鮪 で１日 ■、小事件表示　昭和５８年特許願第０７７６７１号２
０発明の名称　静磁界波磁力針 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　フランス国　７５００８パリ。 ４、代理人 住所　■１０２東京都千代田区麹町３−３ニューベルモ
ートビル７０３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１静磁界波に感応する少なくとも２つのマイクロ波
   発振器から成る静磁界波磁力針であって、前記発振器が
   測定すべき磁界に露呈した磁石材料層を各々が有するモ
   ノリシック装置と、同一方向の所定の磁界に前記層をそ
   れぞれ露呈する電磁石手段と、を含み、この方向は反対
   向きであるが互いに接近した強度の最大感度の方向であ
   り、前記発振器は互いに接近した発振周波数を有し、前
   記磁力計が、信号を与えるために発振器にそれぞれ接続
   した２つの入力を有する混合装置をさらに含み、前記信
   号の周波数が２つの発振器の発振周波数の差に等しく且
   つ前記方向において測定すべき磁界の成分の関数とに可
   変であるような磁力針において、磁石材料（２ａ、２ｂ
   ）がガリウム置換され且つ置換の割合が単位を超えない
   ような式Ｙ３Ｆｅｒｓ−ｘＧａｘ　Ｏ＋ｘを有するイツ
   トリウム及び鉄ガーネットであることを特徴とする磁力
   計。 （２、特許請求の範囲第外項に記載の磁力計において、
   前記静磁界波が静磁界体積波であり、同一方向で反対向
   きの磁界（１１ａ、Ｈｂ）が負熱ドリフトを有する磁石
   （８ａ、８ｂ）によって発生され、前記磁石材料（２ａ
   、２ｂ）が式　Ｙ３Ｆｅｓ−ｘ　Ｇａｘ　０１２のガリ
   ウム置換イツトリウム及び鉄ガーネットであり、ここで
   置換比Ｘが前記負熱ドリフトにほぼ等しい正の熱ドリフ
   トを得るように調整される、ことを特徴とする磁力針。 （３）特許請求の範囲第２項に記載の磁力計において、
   前記磁石材料（２ａ、２ｂ）が式Ｙ３−ｙ　Ｆｅ５−ｘ
   　Ｌａｙ　Ｏ＋ｚを有するガリウム及びランタン置換イ
   ツトリウム及び鉄ガーネットであり、ここで置換比ｙは
   磁界（Ｈａ、　Ｈｂ）の方向に容易な磁化軸を得るよう
   に調整されることを特徴とする磁力針。 （４）特許請求の範囲第１項に記載の磁力針において、
   各層（２ａ、２ｂ）が反射格子を組込した共振空胴を含
   むことを特徴とする磁力針。 （５）特許請求の範囲第１項に記載の磁力計において、
   各１ｉｔ（２ａ、２ｂ）が遅延線（５ａ、６ａ、５ｂ、
   ６ｂ）を含むことを特徴とする磁力計。 （６）特許請求の範囲第１項に記載の磁力計において、
   前記磁石層（２ａ、２ｂ）がガドリウム及びガリウムガ
   ーネットの基質にエピタキシャル成長されたことを特徴
   とする磁力計。