Статья
посвящена испытаниям катушек разной
формы для ЯМР исследований полупроводниковых
тонких пленок.
Изображения
катушек разной формы: a) solenoid, b) flat
solenoid, and c) spiral surface coil. (рисунки отсюда)
Величина
отклика от образца при использовании
катушек разной формы (рисунки отсюда)
Но
такие катушки можно использовать не
только для ЯМР исследований. Их можно
использовать также для измерения
магнитной восприимчивости на переменном
токе (AC Measurement of Magnetic Susceptibility).
В
интернете есть лекция об измерениях
магнитной восприимчивости на переменном
токе, и для измерения восприимчивости
используется ЭДС индукции во вторичной
обмотке тороидального образца, на
первичную обмотку которого подается
слабый переменный ток.
Есть
и другой способ измерения магнитной
восприимчивости на переменном поле,
так называемый автогенераторный
(автодинный, параметрический) метод. В
котором измеряется частота колебательного
контура. Частота пропорциональна
индуктивности колебательного контура,
а если в индуктивности находится
магнитный образец, то и магнитной
восприимчивости этого образца. Для
ферромагнетиков магнитная восприимчивость
меняется от величины внешнего постоянного
магнитного поля и, таким образом, измеряя
частотную зависимость контура с образцом,
на который наложено медленно меняющееся
магнитное поле, можно измерить полевую
магнитную восприимчивость. Такого рода
измерительные установки известны не
так хорошо известны, но существуют.
Имеется, например, авторское свидетельство
СССР № 819766, с которым можно ознакомиться
здесь: https://yandex.ru/patents/doc/SU819766A1_19810407
Измеренные
магнитополевые зависимости восприимчивости
имеет вид кривых
Столетова и выглядят как на рисунке
ниже:
Изображение
магнитополевой зависимости дифференциальной
восприимчивости (рисунок взят из: Amália
Iványi. HYSTERESIS MODELS IN ELECTROMAGNETIC COMPUTATION // November
2017. Publisher: Akadémiai Kiadó, Budapest // ISBN: 9630574160
ссылка
)
В
отличие от привычной кривой Столетова,
как принято приводить во всех учебниках
по магнетизму, эта зависимость симметричная
и имеет гистерезис. Дело в том, что в
учебниках приводится зависимость для
исходно размагниченного образца. Зависимость не является симметричной и отсутствует гистерезис, при первом "прогоне"
по магнитному по полю. Гистерезис
появляется при измерениях, когда
магнитное поле уменьшают в отрицательную
сторону, а при повторном "прогоне"
от отрицательных значений, до положительных зависимость становится симметричной. Как видно коэрцитивная сила определяется
по положению максимума зависимости.
Если
эти кривые проинтегрировать, то можно
построить привычный всем магнитных
гистерезис, по которому можно определить
намагниченность насыщения или наклон
намагниченности (отклонение от легкого
намагничивания, анизотропию).
Но
вернемся к формам катушек. Совершенно
ясно, что для исследования магнитных
свойств пленочных и плоских образцов высокой
чувствительностью будет обладать
катушка spiral surface coil, за счет высокого коэффициента заполнения. Также такую катушку называют "плоская катушка в виде
улитки", как например в http://www.mathnet.ru/links/ab3144ecdb2ace2fc9d2b001d095c8ed/jetpl208.pdf .
Для измерений частоты и других параметров колебательного контура подходят микросхемы
которые предлагает на рынке компания
Texas Instruments. Такие микросхемы являются
высокоскоростными индуктивно-цифровыми
преобразователями, которые способны
на большой скорости оцифровывать
данные получаемые с контура. Познакомится с одной из такой
микросхем можно по ссылке:
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ldc1101.pdf