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

СОВЕТСНИХОаицмОпмесник ЯЦ 1024814 241 ЖЩЯ 3%щ,ф ТИ";,:=,р ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТО 21 ) 3351066/Т 8-222) 27. 10. 81(46).23.06.83. Бю (72).В.А.Жидович, А.С Столяров и В (71) белорусский Красного Знамени университет им. В (53) 538.69.083 ( (56) 1; Авторское М 546814, кл. 00 ПЕКТРОИЕТ Я ИЗУЧЕНИ ГНИТНОГО РЕСПРЕДЕЛЕНИЯ 54 )(57 ОНАНСА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 07 НРЫТИЙл, Мф 23В.Ф. Стельмах,.И. Ленина088.8)свидетельство СС1 М 24/10, 1975 2. Авторское свидетельство СССР 705322, кл, 6018 24/1 О, 1978 .прототип). ИАГНИТНЦХ 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 й с. я тем, что, с целью повышения чувствительности при высокой разреаающей способности,. измеритель" ная ячейка выполненав 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 р волновода пластинка с высокой элект-ропроводностью.10 Изобретение относится к техникемагнитного резонанса и может бытьиспользовано в приборостроительнойпромышленности при разработке устройств контроля параметров материалов, содержащих магнитные. центры,например ферромагнитных пленок железоиттриевых гранатов, структур смагнитными доменами, парамагнитныхкристаллов.Известен спектрометр магнитногорезонанса, содержащий блок получениямагнитного поля, блок регистрациисигнала резонанса и блок сверхвысокой частоты ( СВЧ ) с измерительнойячейкой в виде объемного резонаторас устройством перемещения исследуемого образца внутри резонатора вдольего оси. Спектрометр обеспечиваетвозможность контролировать распределение магнитных центров по длинемагнитного образца ограниченного сечения 1 ,Недостатком известного спектрометра является низкая чувствительность и разрешающая способность к наличию магнитных центров,Наиболее близким техническим решением к изобретению является спектро-З 0метр магнитного резонанса для изучения распределения магнитных центровпо поверхности образца, содержащий.блок СВЧ с измерительной ячейкой с.отверстием в боковой стенке и распо- з 5ложенным снаружи напротив отверстиякоординатным столиком с исследуемымобразцом21Недостатком известного спектромет-,ра является низкая чувствительность 40при относительно высокой разрешающей способности. Повышение разрешаю.щей способности регистрации распределения магнитных центров по поверхности плоского образца больших размеров 45обеспечивается в известном спектрометре с помощью уменьшения размеровизлучающего отверстия в стенке объем"ного резонатора и наружным по отношению к резонатору перемещением измеряемого образца, что однако приводит к уменьшению мощности СВЧ,подводимой к ограниченному участкуобразца, т.е. снижается кожффициентмагнитного заполнения измерительной ячейки, и следовательно, умень"шается чувствительность спектрометра.Целью изббретения является повышение чувствительности при высокойразрешающей 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 функциональ" ная 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 1 прямоугольного волновода с волной Н, настроечный штырь 5, 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, 1 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 концапрямоугольного волновода на его широкой стенке ч и содержит электропроводящую пластинку 7 изолированную от стенок волновода.На фиг. 2 показано образование .,при возбуждении колебаний типа Н смаксимумом компоненты - .Н на полови 4.не длины волны от замкнутогр концаволновода специфического малогабарит3 102ного резонатора СВЧ с сосредоточеннойемкостью, возникающей между проводящей пластинкой 7 и широкой стенкой 4волновода у краев отверстия 6, благодаря чему имеет место концентрацияэлектрической компоненты Е поля СВЧ;Иагнитная компонента Н поля СВЧгенератора 1 концентрируется привозбуждении волны Н, вокруг металлической пластинки 7, т.е, в ограниченной части образца 11, и имеетнаправленйе, перпендикулярное направлению постоянного магниткого поля Н,что принципиально для реализации яв;ления магнитного резонанса. Таким образом, в предлагаемом устройстве излучающим магнитное поле СВЧ элементомпо существу является не отверстие,6,а малогабаритная проводящая пластин-.ка 7, вокруг которой концентрируется,благодаря резонансу, большая частьэнергии генератора СВЧ 1,Проводящая пластинка 7Фиг. 3 ). может закрепляться относительно отверстия 6 с помощью диэлектрическойпластины 12, Фиксируемой внутри волновода. На фиг. 4 представлен вариантплайарного крепления пластинки 7 навнешней поверхности волновода надотверстием 6, причем пластинка 7 имодуляционный контур 13 сформированыметодом печатного монтажа на изолируоцей диэлектрической пластинке 12.Спектрометр магнитного, резонансаработает следующим образом.Иощность СВЧ от генератора 11, фиг, 1) поступает через модулятор2 в измерительную ячейку по волноводу и концентрируется в отверстии 6у электропроводящей пластинки 7, сосредотачиваясь в ограниченной частиисследуемого плоского образца 11вследствие образования единой малогабаритной резонансной системы: измеря"емый участок образца 11 - отверстие6 с пластинкой 7Размеры излучающего отверстия 6и пластинки 7 определяются, исходяиз требуемой, разрешающей способности,значения рабочей частоты генератора1, диэлектрической и магнитной про- .ницаемостей материала измеряемогообразца 11, а также могут уточнятьсяэкспериментально в процессе настройки по максимальному поглощению мощности СВЧ 1 минимуму тока детектора3 . Настройка укаэанной системыв резонанс с частотой генератора 1с целью обеспечения оптимального 4814 4уровкя поглощения СВЧ энергии в образце и оптимального тока детектора3 осуществляется, коррекцией зазора .,между поверхностью образца 11 и плас тинкой 7 с помощью столика 10 и ре 1гулировкой настроечного штыря 5 икороткозамкнутого поршня 8.Возникающее в ограниченном участке образца 11 напротив пластинки 7 10 явление магнитного резонанса, благодаря одновременному воздействиюпостоянного магнитного поля Н о в зазоре наконечников 9 и перпендикулярного к нему переменного поля СВЧ Н,вызывает поглощение мощности СВЧ вобразце и фиксируется детектором 3.Регистрация распределения магнитныхцентров по плоскости образца 11осуществляется с помощью перемещениякоординатного столика 10 в плоскостиух, совпадающей с широкой стенкой 4волновода и параллельной полюснымнаконечникам 9.В отличие от известного устройстфф ва, в котором измерительная ячейкаобразована объемным резонатором сраспределенной по его объему магнитной компонентной Н и интенсивность компоненты Н 1 в месте распо ложения измеряемого образца у излуца"ющего отверстия кевысока, в предлагаемом устройстве магнитная энергиягенератора СВЧ концентрируется в ограниченной части образца напротивпроводящей пластинки - излучателяН, Вследствие этого существеюновозрастает эффективный коэффициентмагнитного заполнения измерительнойячейки и тем самым обеспецивается 4 в повышение чувствительности спектрометра при высокой разрешающей способности.Предлагаемое изобретение расширяет возможность контроля распределе 4 з ния магнитных центров в тонкослойныхферромагнитных и подобных им структурах, широко используемых, в современной СВЧ микроэлектронике и вычис, лительной технике, Кроме того, наоснове предлагаемого решения воз", можно построение высокоэффективных. малогабаритных измерительных ячеек. для исследования конденсированных. при низких температурах веществ, на: пример атомарного водорода, непосредфф ственно ка проводящей .пластинкеизлучателе, а также построения спектрометров для регистрации фотомагниткых явлений.1024811 Составитель В. МайЦицика Техред А,Бабинец Корректор 8. Бутяга к ч 0 Тираж 873 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д. 1/5 ака юпиал ППП "Патент",. г. Ужгород, ул. Проектная,