진동-표본 자기계

Vibrating-sample magnetometer
VSM 개략도
VSM 설정

진동-샘플 자력계(VSM)(Foner 자력계라고도 함)는 패러데이의 유도 법칙에 근거하여 자성을 측정하는 과학 기구다. MIT 링컨 연구소의 사이먼 포머는 1955년에 VSM을 발명했고 1959년에 그것을 보고했다.[1] 또한 G.W. Van Osterhout과[2] P.에 의해 언급되었다.J Flanders는 1956년에 태어났다.[3] 표본은 먼저 일정한 자기장에 배치되며, 표본이 자기장이면 자기장을 외부장에 맞추어 정렬한다. 샘플의 자기 쌍극자 모멘트는 샘플이 위아래로 이동함에 따라 시간의 함수로 변화하는 자기장을 생성한다. 이것은 전형적으로 압전 재료의 사용을 통해 이루어진다. 교류 자기장은 VSM의 픽업 코일에 전기장을 유도한다.[4] 전류는 샘플의 자기화에 비례한다. 유도 전류가 클수록 자기화도 커진다. 그 결과, 전형적으로 이력 곡선이[5] 기록될 것이고 거기서 우리는 측정되는 샘플의 자기 성질을 추론할 수 있다.

진동 샘플에 대한 아이디어는 D에서 나왔다. O[6]. 스미스의 진동 코일 자기계

일반적인 VSM 개요

일반적인 VSM 설정의 일부

단순화된 VSM 개략도
  • 능동적으로 냉각된 전자석/전원 공급 장치
  • 앰프
  • 제어 섀시
  • 미터
  • 컴퓨터 인터페이스
  • 센서 코일
  • 샘플 홀더가 있는 진동 배출기
  • 홀 프로브(옵션)

샘플 작동 절차:[4]

  1. 샘플 홀더에 샘플 장착
  2. VSM 시스템 켜기
  3. 컴퓨터 소프트웨어를 실행하여 시스템 초기화
  4. 시스템 보정
  5. M을[4] 위해 시스템 최적화
  6. 잠금식 앰프 보정
  7. 측정 및 데이터 기록

VSM의 유효 조건

  1. 자기장은 샘플을 완전히 포화시킬 수 있을 만큼 충분히 강해야 한다(또는 부정확한 측정을 수행할 것임)
  2. 자기장은 샘플 공간에서 균일해야 한다(그렇지 않으면 자기장 그라데이션이[5][7] 추가되면 진동을 다시 한 번 변화시키는 힘이 발생하여 결과가 부정확함

픽업 코일의 중요성

이를 통해 VSM은 유도 신호를 최대화하고, 소음을 줄이며, 넓은 안장 지점을 제공하며, 샘플과 전자석 사이의 볼륨을 최소화하여 샘플 공간에서 보다 균일한 자기장을 달성할 수 있다.[5] 코일의 구성은 연구 대상 물질의 유형에 따라 달라질 수 있다.[5]

물리학과의 관계

The VSM relies on Faraday's law of induction, with the detection of the emf given by ,[7] where N is the number of wire turns, A is the area, and the angle between the normal of the coil and the B field. 단, VSM을 적절하게 교정하면 N과 A가 필요 없는 경우가 많다.[7] 컴퓨터 소프트웨어를 통해 전자석의 강도를 변화시킴으로써, 외부 장은 높은 곳에서 낮은 곳으로, 그리고 다시 높은 곳으로 쓸려 간다.[7] 전형적으로 이것은 컴퓨터 과정을 통해 자동화되고 데이터의 순환이 출력된다. 전자석은 일반적으로 각도의 함수로 측정을 수행할 수 있도록 회전 베이스에[7] 부착된다. 외부 장은 표본 길이에[7] 평행하게 적용되며, 앞서 언급한 주기는 이력 루프를 출력한다. 그런 다음 교정 물질과 와이어 볼륨의 알려진 자성을 사용하여 고전압 신호를 emu 단위로 변환할 수 있으며 분석에 유용하다.[7]

장단점

VSM의 정밀도와 정확도는 다른 자력계에서도 상당히 높으며, 약 \displaystyle emu의 순서로 할 수 있다.[5] VSM은 또한 자기화와 관련하여 다양한 각도로 샘플을 테스트할 수 있도록 허용함으로써 연구가 외부 영향의 영향을 최소화하도록 했다.[8] 그러나 VSM은 샘플에서 발생하는 자기화 효과로 인해 자기화 루프를 결정하는 데 적합하지 않다.[8] VSM은 더 이상 온도 의존성에 시달리며 (진동으로부터) 가속을 받을 수 없는 취약한 샘플에는 사용할 수 없다.[5][7][8]

참조

  1. ^ Foner, Simon (1959). "Versatile and Sensitive Vibrating-Sample Magnetometer". Rev. Sci. Instrum. 30 (7): 548–557. Bibcode:1959RScI...30..548F. doi:10.1063/1.1716679.
  2. ^ Van Oosterhout, G.W. (1956). Appl. Sci. Res. B6: 101. {{cite journal}}: 누락 또는 비어 있음 title= (도움말)
  3. ^ Flanders, P.J. (1956). IEEE Special Publication, Conference on Magnetism and Magnetic Materials. T-91: 315–317. {{cite journal}}: 누락 또는 비어 있음 title= (도움말)
  4. ^ a b c SWT Physics Department. "Vibrating Sample Magnetometer" (PDF).{{cite web}}: CS1 maint : url-status (링크)
  5. ^ a b c d e f Lopez-Dominguez, V.; Quesada, A.; Guzmán-Mínguez, J. C.; Moreno, L.; Lere, M.; Spottorno, J.; Giacomone, F.; Fernández, J. F.; Hernando, A.; García, M. A. (2018-03-01). "A simple vibrating sample magnetometer for macroscopic samples". Review of Scientific Instruments. 89 (3): 034707. doi:10.1063/1.5017708. hdl:10261/163494. ISSN 0034-6748.
  6. ^ Smith, D. O. (1956). "Development of a Vibrating‐Coil Magnetometer". Rev. Sci. Instrum. 27 (261): 261–268. Bibcode:1956RScI...27..261S. doi:10.1063/1.1715538.
  7. ^ a b c d e f g h Burgei, Wesley; Pechan, Michael J.; Jaeger, Herbert (2003-07-10). "A simple vibrating sample magnetometer for use in a materials physics course". American Journal of Physics. 71 (8): 825–828. doi:10.1119/1.1572149. ISSN 0002-9505.
  8. ^ a b c "Interpretation of Vibrating Sample Magnetometer (VSM) analysis". analyzetest.com. 2021-03-16. Retrieved 2021-05-14.

참고 항목