JPS6235275A - 強磁性共鳴吸収の測定方法 - Google Patents

強磁性共鳴吸収の測定方法

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JPS6235275A
JPS6235275A JP17506785A JP17506785A JPS6235275A JP S6235275 A JPS6235275 A JP S6235275A JP 17506785 A JP17506785 A JP 17506785A JP 17506785 A JP17506785 A JP 17506785A JP S6235275 A JPS6235275 A JP S6235275A
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Shigeru Takeda
茂 武田
Toshio Itakura
板倉 登志男
Hisao Kurosawa
黒沢 久夫
Ko Nakajima
中島 皇
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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】 [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。
[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Cよ、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、強磁性共鳴半値幅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E S R(Elect
ron 5pin Re5onance)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響1より導波管8を介
してサーキュレータ7で方向を変え空胴共振器3に入力
電力P1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?こ、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
ば非常に小さく、Pr<<Piが成立する。このときマ
イクロ波検出器の出力はほぼ零となる。電磁石のポール
ピース5a、5b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@M3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
するようになっている。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<<P
lが成立することである。従って、この方法はPr<P
i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ろ。但し、反射電力
Prは入射電力P1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
なっていないため、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[!9の場合、定在波が
生ずるためまだ大きすぎろ。
[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ES
Rの装置に回路的に適合しないという問題点があった。
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。
[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靜磁界を印加し、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。Zo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は線略と試料の結合状態を表す定数
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H,=O,Ho=ωで帯磁率χの実数部
χ′(図中点vA)も虚数部χ′ (図中実線)の両方
が零になることを考慮している。
このとき入射端からみたインピーダンスZば2=2.+
βχ′+1βχ′ ・・−・・・−・・・−・−・・−
・−・(1)で表される。このときの反射係数Fは 2−2゜ r=− 2+2゜ 2Z、+β(χ′十jχ′) となる。本発明の構成では、定在波ではなく主に進行波
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、βχ′、βχ’ <<z、と考えると、上式は更
に簡単となり となる。但し、e、lよ反射波の電界であり、反射電力
とはProoes2の関係がある。
上式のように 08はrに比例するので、実際にマィク
ロ波検出器で測定されるのは である。この磁界依存性を第4図の1点鎖線で示す。
強磁性共鳴点近傍での複素帯磁率χの実数部χ′と虚数
部χ′はそれぞれ次式で表される(参考文献;小西著「
フェ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 )但し、ω、= 74 y
rMs、 ω(= 7 Ho及びaはG11bert型
の緩和定数である。ωはマイクロ波の角周波数、4πM
sは薄膜の飽和磁化+ HOばKittalの条件式か
ら得られる有効磁界、γはgyro+++agneti
c ratioである。(4)式を(3)式に代入して
整理すると次のようになる。
実際に測定されるのは第5図に示すように、δle、I
/δHextであるから、これから得られる見掛は上の
ΔH′は を満足する二つの磁界間隔より求められろ。但し、He
xtは外部磁界である。
δωI2 ・2(ω、−ω) δω、24 ・2=0 3(ω、−ω)2−(ω、−ω)2−ω2a2=Qここ
で、ΔH=2ωa/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、
測定される見掛は上のΔH′を5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ック図である。直溝波
管10が測定腕となり、電磁石のポールピース5a、5
bの間に入る。整合負荷11が直溝波w10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、本実施例の図でば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P1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、P r <
 < P +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5a、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溝波管と整合負荷
の実際の寸法を示す。結合孔の寸法の効果の実験ができ
ろように、4,6,8,10 va−φ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
結合孔から直溝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乙とも
考えられる。一般のLPE製造プロセスでは、ウェーハ
ーを加工する乙となく、できるだけ早く生成膜の物性を
調べろ必要があるので第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H面に同じような4種
類の結合孔を開けた実験を行ったが、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
きなかった。このことはE面でも8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G G G fGadol
inium Gallium GarneLlウェーハ
ーの上に作製された約10u+*の厚みのY [G (
Yttriu+m Iron GarneLlのしP 
E (Liquid Phn5e Epitaxial
)薄膜を結合孔の外側から第9図のように接触させて 
9.03 GHz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t二。この図から見掛は上
のΔH′は 0.42 Qeと測定され、真のΔHは 
2倍し、0.590eとなる。又、強磁性共鳴磁界が4
977 Qeであることから、KitLelの共鳴条件
式 0式%(9) より、4πMsを求めると 4πM s= 1753 
Gが得られる。この値+、tYIGの飽和磁化として他
の文献値1800 G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2 GHz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、が困難であった低ΔHの試料やゴ法の大きい
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
きろ。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来技術による共振法を用いたESRの測定装
置のブロック図、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ック図、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ック図
、第7図は本発明の一実施例を示す整合負荷付置導波管
の組立図、第9図、第1O図は本発明の他の実施例を示
す試料の取付は図。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菓7面 茅e面 lJH′−ジ4θC 手続補正書 昭和60年12月13日 昭和60年 特許願 第175067号発明の名称 強
磁性共鳴吸収の測定方法補正をする者 事件との関係  特許出願人 住所 東京都千代田区丸ノ内二丁目1番2号名称 (5
08)日立金属株式会社 代表者 松 野 浩 二

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)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該試料に静磁界を印加し、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。
  2. (2)特許請求の範囲第(1)項において、該伝送線路
    として導波管を用いたことを特徴とする強磁性共鳴吸収
    の測定方法。
  3. (3)特許請求の範囲第(2)項において、該導波管の
    該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強磁性共鳴吸収の測定方
    法。
  4. (4)特許請求の範囲第(2)項において、該導波管の
    該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強磁性共鳴吸収の測定方
    法。
  5. (5)特許請求の範囲第(1)項において、該伝送線路
    として同軸管を用いたことを特徴とする強磁性共鳴吸収
    の測定方法。
  6. (6)特許請求の範囲第(1)項において、該伝送線路
    として同軸もしくは導波管用いかつ該結合部分に結合孔
    を設け、被測定試料を該伝送線路の結合孔の近傍の外側
    に配し、外側から該試料を接近させるかもしくは該結合
    孔に接触させることを特徴とする強磁性共鳴吸収の測定
    方法。
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JPH0462357B2 JPH0462357B2 (ja) 1992-10-06

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6312982A (ja) * 1986-07-04 1988-01-20 Hitachi Metals Ltd 強磁性共鳴吸収の測定方法
WO2002031524A1 (en) * 2000-10-10 2002-04-18 Keele University Ferromagnetic resonance measurement
CN103472073A (zh) * 2013-09-24 2013-12-25 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

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