Спектрометр магнитного резонанса для изучения распределения магнитных центров по поверхности плоского образца

 

СОКИ СОВЕТОНИХ

ОВИ ЛВ7

Р1:СПУЬЛИН (59 6 01 Б 24 1О. ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

21 } 3351066/18-25

22 > 27. 10. 81 (46). 23.06.83. Бюл. Р 23

{72).В.A,Æèäîâè÷, В.Ф. Стельмах, А.С; Столяров и В.Г. Трофимов (71) белорусский ордена Трудового

Красного Знамени государственный университет им. В.И. Ленина (53) 538.69.083 (088.8) (56) 1; Авторское свидетельство СССР

И 546814, кл. 001 М 24/10, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

705322, кл. 6011 1 24/1О, 1978 . (прототип).

I (54) (57) CFIEKTPONETP ИАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

„„SIJ„„1024814 А

МАГНИТНЫХ ЦЕНТРОВ ПО ПОВЕРХНОСТИ

ПЛОСКОГО ОБРАЗЦА, содержащий блок сверхвысоких частот с измерительной ячейкой с отверстием в боковой стен-,. ке и расположенным снаружи напротив отверстия координатным столиком с исследуемым образцом, о т л и ч ею щ и и с. я тем, что, с целью повышения чувствительности при высокой разрешающей способности,. измеритель" ная ячейка выполнена в виде замкнутого конца прямоугольного волново да, а у отверстия, расположенного в широкой стенке волновода на половине длины волны от замкнутого конца, помещена изолированная от стенок волновода пластинка с высокой эиект- ® ропроводностью.

1 024814

Изобретение относится к технике магнитного резонанса и может быть использовано в приборостроительной промышленности при разработке устройс-е контроля параметров материалов, содержащих магнитные. центры, например ферромагнитных пленок железоиттриевых гранатов, структур с магнитными доменами, парамагнитных кристаллов.

Известен спектрометр магнитного резонанса, содержащий блок получения магнитного поля, блок регистрации сигнала резонанса и блок сверхвысокой частоты (СВЧ ) с измерительной ячейкой в виде объемного резонатора с устройством перемещения исследуемого образца внутри резонатора вдоль его оси. Спектрометр обеспечивает возможность контролировать распределение магнитных центров по длине магнитного образца ограниченного сечения 1 1 .

Недостатком известного спектрометра является низкая чувствительность и разрешающая способность к наличию магнитных центров.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является спектро 3î метр магнитного резонанса для изучения распределения магнитных центров по поверхности образца, содержащийблок СВЧ с измерительной ячейкой с. отверстием в боковой стенке и распо- з5 ложенным снаружи напротив отверстия координатным столиком с исследуемым образцом (2)

Недостатком известного спектромет-, ра является низкая чувствительность <0 при относительно высокой разрешающей способности. Повышение разрешаю.щей способности регистрации распределения магнитных центров по поверхности плоского образца больших размеров45 обеспечивается в известном спектрометре с помощью уменьшения размеров излучающего отверстия в стенке объем" ного резонатора и наружным по отношению к резонатору перемещением из- Sp меряемого образца, что однако приводит к уменьшению мощности СВЧ, подводимой к ограниченному участку образца, т.е. снижается кожффициент магнитного заполнения измерительной ячейки, и следовательно, умень" шается чувствительность спектрометра.

Целью изббретения является повышение чувствительности при высокой разрешающей способности.

Поставленная цель достигается тем, что в спектрометре магнитного резонанса для изучения распределения магнитных цетнров по поверхности плоского образца, содержащем блок 1

СВЧ с измерительной ячейкой с отверстием в боковой стенке и расположенным снаружи напротив отверстия координатным столиком с исследуемым образцом, измерительная ячейка выполнена в виде замкнутого .с одного конца прямоугольного волновода, а у отверстия, расположенного в широкой стенке волновода на половине волны от замкнутого конца, помещена изолированная от стенок волновода пластинка с высокой электропроводностью.

На фиг, 1 показана функциональная схема предлагаемого спектрометра, на фиг. 2 - распределение электрических и магнитных полей СВЧ у отверстия, на фиг. 3 и 4 - варианты конструктивной реализации боковой стенки измерительной ячейки с отверстием.

Спектрометр содержит .генератор

СВЧ 1, циркулятор 2, детектор 3, широкую стенку 4 прямоугольного волновода с волной Н„, настроечный штырь, отверстие 6 на широкой стенке волновода, пластинку 7 с высокой электропроводностью, например, из меди, короткозамыкающий поршень 8, полюсные наконечники .9 электромагнита спектрометра, трехкоординатный столик 10 с возможностью перемещения по трем координатам относительнр отверстия 6 с пластинкой 7, исследуемый плоский образец 11, закрепленный на столике 10, изолирующую диэлектрическую пластину 12, контур 13 модуляции мдгнитнбго поля.

Измерительная ячейка (фиг, 17 выполнена не в виде объемного резона-. тора, а в виде замкнутого с одного конца прямоугольного .волновода, и отверстие 6 измерительной ячейки расположено на половине длины волны

Н„, от замкнутого поршнем 8 конца прямоугольного волновода на его широкой стенке 4 и содержит электропроводящую пластинку 7, изолированную от стенок волновода.

На фиг. 2 показано образование ., при возбуждении колебаний типа Н с максимумом компоненты - .Н на полови4. не длины волны от замкнутогр конца волновода специфического малогабарит3 102 ного резонатора СВЧ с сосредоточенной емкостью, возникающей между проводящей пластинкой 7 и широкой стенкой 4 волновода у краев отверстия 6, благодаря чему имеет место концентрация электрической компоненты Е поля СВЧ;

Иагнитная компонента Н поля СВЧ генератора 1 концентрируется при возбуждении волны Н, вокруг металлической пластинки 7, т.е. в ограниченной части образца 11, и имеет направленйе, перпендикулярное направлению постоянного магниткого поля Ho что принципиально для реализации яв.ления магнитного резонанса. Таким образом, в предлагаемом устройстве излучающим магнитное поле СВЧ элементом по существу является ке отверстие,6, а малогабаритная проводящая пластин-. ка 7, вокруг которой концентрируется, благодаря резонансу, большая часть энергии генератора СВЧ 1.

Проводящая пластинка 7 (фиг. 3 )

° может закрепляться относительно отверстия 6 с помощью диэлектрической пластины 12, фиксируемой внутри волновода. На фиг. 4 представлен вариант плайарного крепления пластинки 7 на внешней поверхности волновода над отверстием 6, причем пластинка 7 и модуляционный контур 13 сформированы методом печатного монтажа на изолируацей диэлектрической пластинке 12.. .Спектрометр магнитного, резонанса работает следующим образом.

Иощность СВЧ от генератора 1 (фиг. 1) поступает через модулятор

2 в измерительную ячейку по волноводу и концентрируется в отверстии 6 у электропроводящей пластинки 7, сосредотачиваясь в ограниченной части исследуемого плоского образца 11 вследствие образования единой малогабаритной резонансной системы: измеря" емый участок образца 11 - отверстие

6 с пластинкой 7.

Размеры излучающего отверстия 6 и пластинки 7 определяются, исходя из требуемой, разрешающей способности, значения рабочей частоты генератора

1, диэлектрической и магнитной про- . ницаемостей материала измеряемого образца 11, а также могут уточняться экспериментально в процессе настройки llo максимальному поглощению мощности СВЧ <минимуму тока детектора

3 . Настройка укаэанной системы в резонанс с частотой генератора 1 с целью обеспечения оптимального

4814 4 уровкя поглощения СВЧ энергии в об-разце и оптимального тока детектора

3 осуществляется, коррекцией зазора . ,между поверхностью образца 11 и плас тинкой 7 с помощью столика 10 и ре1 гулировкой настроечного штыря 5 и короткозамкнутого поршня 8.

Возникающее в ограниченном участке образца It напротив пластинки 7 явление магнитного резонанса, благодаря одновременному воздействию постоянного магнитного поля Н о в зазоре наконечников 9 и перпендикулярного к нему переменного поля СВЧ Н вызывает поглощение мощности СВЧ в образце и фиксируется детектором 3.

Регистрация распределения магнитных центров по плоскости образца 11 осуществляется с помощью перемещения координатного столика 10 в плоскости ух, совпадающей с широкой стенкой 4 волновода и параллельной полюсным наконечникам 9.

В отличие от известного устройства, в котором измерительная ячейка образована объемным резонатором с распределенной по его объему магнитной компонентной Н и интенсивность компоненты Н в месте распо30 ложения измеряемого образца у излуча" ющего отверстия кевысока, в предлагаемом устройстве магнитная энергия генератора СВЧ концентрируется в ограниченной части образца напротив проводящей пластинки - излучателя

Hj. Вследствие этого существенно возрастает эффективный коэффициент магнитного заполнения измерительной ячейки и тем самым обеспечивается

4в повышение чувствительности спектрометра при высокой разрешающей способности.

Предлагаемое изобретение расши-. ряет возможность контроля распределе4$ ния магнитных центров в тонкослойных ферромагнитных и подобных им структурах, широко используемых. в современной СВЧ микроэлектронике и вычис, лительной технике, Кроме того, на основе предлагаемого решения воз, можно построение высокоэффективных . малогабаритных измерительных ячеек . для исследования конденсированных при низких температурах веществ, на: пример атомарного водорода, непосредственно ка проводящей .пластинкеизлучателе, а также построения спектрометров для регистрации фотомагнит кых явлений.

1 024814

1024814

Составитель В. Иайоршин

Редактор P. Цицика Техред А .Бабинец Корректор 8. Бутяга

Заказ 4384/40 Тираж 873 Подлисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент",. r. Ужгород, ул. Проектная, 4