Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
чувствительностью можно привести результаты исследований так называемого
спин-пайерлсовского перехода в MEM-(TCNQ)2 (рис. 4.15) (МЕМ - это N-
метил-М-этилморфолиниум - C7Hi6NO; TCNQ - это
122
хетрацианхинодиметан - C12N4H4). Это вещество претерпевает магнитное
превращение в поле с В *=" 20 Тл, но из-за слабой восприимчивости образца
измерения с применением обычного датчика малоинформативны (рис. 4.15И).
Датчик же описанной выше конструкции имеет по меньшей мере в 10 раз
лучшее отношение сигнал-шум (рис. 4.15,15), что позволяет проводить в
импульсных СМП измерения на образцах, магнитная восприимчивость вещества
которых меньше 10~6. Ранее такое возможно было лишь в стационарных
магнитных полях.
На наш взгляд, использование датчиков такого типа в сочетании с
высокоточной регистрирующей аппаратурой (16-разрядными РОП) позволит в
полях с Вт > 30 Тл и т0о ^ 0,01 с достичь такой чувствительности к
изменениям намагниченности, которая позволит исследовать вещества с
магнитной восприимчивостью 10"7 - 10"8. А это означает,что в СМП можно
будет изучать даже такие слабомагнитные вещества, как диамагнетики.
При этом, по-видимому, нельзя будет применять чисто медные провода для
изготовления катушек индукционного датчика. Дело в том, что относительное
изменение удельного сопротивления меди в магнитном поле
(магнетосопротивление) очень велико (порядка 100% при В - 50 Тл и Т = 4,2
К). Это обусловливает наличие большого нелинейного по полю сигнала
раскомпенсации, который не может быть подавлен с помощью стандартных
цепей амплитудной и фазовой коррекции. Поэтому для проведения
высокочувствительных магнитных измерений в СМП необходимо при
изготовлении датчиков использовать проводники, обладающие малым
магнитосопротивлением, например бериллиевую или фосфористую бронзу.
Маттокс [136] подробно исследовал характеристики индукционных датчиков,
изготовленных из медных проводов и проводов из берилли-евой бронзы (Си +
1,8%Be). При температуре жидкого гелия удельные сопротивления этих
проводников различаются более чем на четыре порядка (медь - менее 1(Г6 Ом
см, бронза - около 4• 1СГ2 Ом-см). Оказалось, что относительное изменение
сопротивления датчика, катушки которого намотаны проводами из бериллиевой
бронзы, более чем на два порядка меньше, чем при использовании для
изготовления датчика медных проводов. Это позволило в 100 раз уменьшить
сигнал раскомпенсации индукционного датчика при использовании одной и той
же схемы амплитудной и фазовой коррекции (в [136] Вт не превышало 17 Тл).
В заключение приведем пример, иллюстрирующий возможности индукционного
метода измерения магнитного момента при использовании современной
цифровой регистрирующей техники с высоким амплитудным и временным
разрешением [137] (рис. 4.16). На вставке рисунка в увеличенном виде
показан небольшой участок кривой намагничивания №Вг2 . Благодаря тому,
что РОП работал в режиме с минимальным шагом временной дискретизации (1
мкс/слово) и с максимальным ампли-
123
Рис. 4.16. Полевая зависимость момента образца NiBr2, полученная при
использовании ГОП с высоким разрешением как по времени, так и по
амплитуде [137]. Результаты приведены в расчете на формульную единицу
тудным разрешением (215 уровней дискретизации), можно отдельные участки
записанного сигнала рассматривать в увеличенном виде без заметной потери
информации о форме импульса.
4.3.2. Пондеромоторный метод измерений магнитного момента.
Альтернативой индукционному методу измерений намагниченности служит
пондеромоторный, основанный на эффекте втягивания ферро- или
парамагнитного вещества в область с наибольшим магнитным полем. В
неоднородном магнитном поле на образец с магнитным моментом, имеющим
проекцию сМ н на направление поля, действует сила, составляющая которой
по оси j(j = х, у, z) равна
3 dH
F, = ЕдоДя- • (4-9)
' / = 1 dl
В соленоиде на тело, расположенное на оси, будет действовать сила
Fz = ЦоОмт dH/dz, (4.10)
где ом - удельный магнитный момент; т - масса тела. Измерив Fz и зная
dH/dz, можно найти магнитный момент образца. Проградуировав измерительную
схему по образцу-эталону с известным магнитным моментом, можно и не
измерять dH/dz. При этом нужно только помещать эталон и исследуемый
образец в одно и то же место. Тогда
<& = (F0/F9)o*mjm0, (4.11)
где индекс "0" относится к исследуемому образцу, а "э" - к эталону.
В пионерской работе П.Л. Капицы [138] использовались для измерения Fz
весы с малой постоянной времени (менее 0,1 с). Ю.П. Жегу-нов, А.М.
Кадомцева и Р.З. Левитин [139] Измеряли силу электромагнитным способом:
образец соединялся тонким фарфоровым стержнем с мембраной наушника (рис.
4.17). При этом продифференцированный выходной сигнал с наушника бьш
пропорционален Fz. Б.К. Пономарев и Р.З. Левитин [140] применили для
измерения Fz пьезоэлемент из
124
Рис. 4.17. Схема установки для измерения магнитного момента вещества в
импульсных полях пондеромоторным методом с использованием