Magnetometr wibracyjny

Magnetometr wibracyjny (ang. Vibrating Sample Magnetometer (VSM)) – urządzenie pomiarowe, magnetometr, służące do badania właściwości magnetycznych danych substancji. Zasada działania oparta jest na zjawisku indukcji magnetycznej. Magnetometr mierzy namagnesowanie próbki, która drga w jednorodnym zewnętrznym polu magnetycznym.

Urządzenie pomiarowe PPMS firmy Quantum Design wyposażone w magnetometr z wibrującą próbką znajdujące się w Instytucie Fizyki Molekularnej PAN w Poznaniu

Zasada działania

Zmienny w czasie strumień magnetyczny, wytwarzany przez wibrującą próbkę powoduje indukowanie się siły elektromotorycznej, proporcjonalnej do momentu magnetycznego próbki oraz do parametrów charakteryzujących jej ruch (amplituda i częstotliwość drgań)^[1]. W ogólności wartość indukowanego napięcia w cewkach odbiorczych można zapisać w postaci równania^[2]:

${\displaystyle V=-2{\pi }fCMAsin(2{\pi }ft)}$

gdzie:

${\displaystyle f}$ – częstotliwość drgań próbki,

${\displaystyle A}$ – amplituda drgań próbki,

${\displaystyle t}$ – czas,

${\displaystyle M}$ – namagnesowanie próbki,

${\displaystyle C}$ – stała.

Czułość magnetometru wibracyjnego jest na poziomie 10⁻⁵ – 10⁻⁶emu^[3]. Zastosowanie SQUID pozwala zwiększyć czułość o rząd wielkości. Przeważnie próbka drga z częstotliwością kilku-kilkudziesięciu herców. Amplituda drgań jest na poziomie kilku-kilkudziesięciu milimetrów. Do wprawienia próbki w ruch używa się różnych rozwiązań, elementem wykonawczym (aktuatorem) może być:

• piezoelement,
• silnik elektryczny (obrotowy lub liniowy),
• głośnik (w starszych konstrukcjach).

Do wytworzenia zewnętrznego pola magnetycznego wykorzystuje się cewki indukcyjne (pole ok. 1.5T) lub elektromagnesy nadprzewodzące (pole do 14T).

Przypisy

1. A. Oleś, Metody doświadczalne fizyki ciała stałego, WNT Warszawa (1998).
2. A.W. Pacyna, K. Ruebenbauer, General theory of vibrating magnetometry with extended coils, J. Phys. E: Sci. Instrum., Vol.17, 141, (1984).
3. S. Forner, Versatile and Sensitive Vibrating – Sample Magnetometer, Rev. Sci. Instrum 30, 548 (1959).