PIRANTI / METODE PENGHASIL MEDAN MAGNET DAN PIRANTI

PENGUKURAN SIFAT MAGNET

1. Metode Faraday

Michael Faraday lahir tahun 1791 di Newington, Inggris. Penemuan

Faraday pertama yang penting di bidang listrik terjadi tahun 1821. Dua tahun

sebelumnya Oersted telah menemukan bahwa jarum magnit kompas biasa dapat

bergerak jika arus listrik dialirkan dalam kawat yang tidak berjauhan. Faraday

memberikan kesimpulan jika magnet diketatkan, yang bergerak justru kawatnya.

Bekerja hal ini, Faraday membuat skema kawat akan terus berputar berdekatan

dengan magnit sepanjang arus listrik dialirkan ke kawat. Faraday menemukan

motor listrik pertama, skema penggunaan arus listrik untuk membuat sesuatu

benda bergerak.

Tahun 1831, Faraday menemukan jika magnet dilewatkan pada sepotong

kawat, arus akan mengalir di kawat saat magnet bergerak. Keadaan ini disebut

"pengaruh elektro magnetik," dan penemuan ini disebut "Hukum Faraday".

Hukum Faraday mendasari pengertian teoritis tentang elektromagnetik.

Selanjutnya elektromagnetik dapat digunakan untuk menggerakkan arus listrik

seperti yang diperagakan oleh Faraday pada pembuatan dinamo listrik pertama.

Faraday juga membuat rencana mengubah gas jadi cairan, dia menemukan

pelbagai jenis kimiawi termasuk benzene. Karya lebih penting lagi adalah

usahanya di bidang elektro kimia (penyelidikan tentang akibat kimia terhadap arus

listrik). Penyelidikan Faraday dengan ketelitian tinggi menghasilkan dua hukum

"elektrolisis”.

Faraday memperkenalkan ke dunia fisika gagasan penting tentang garis

magnetik dan garis kekuatan listrik. Faraday juga menemukan, jika perpaduan

dua cahaya dilewatkan melalui bidang magnet, perpaduannya akan mengalami

perubahan. Penemuan ini merupakan petunjuk pertama bahwa ada hubungan

antara cahaya dengan magnet.

Michael faraday (1791-1867), bahwa:

a. Jika sebuah penghantar memotong garis-garis gaya dari suatu medan magnetik

(flux) yang konstan, maka pada penghantar tersebut akan timbul tegangan

induksi.

1

b. Perubahan flux medan magnetik didalam suatu rangkaian bahan penghantar,

akan menimbulkan tegangan induksi pada rangkaian tersebut.

Kedua pernyataan beliau diatas menjadi hukum dasar listrik yang

menjelaskan mengenai fenomena induksi elektromagnetik dan hubungan antara

perubahan flux dengan tegangan induksi yang ditimbulkan dalam suatu rangkaian,

aplikasi dari hukum ini adalah pada generator. Gambar 1 akan menjelaskan

mengenai fenomena tersebut.

2. Spektroskopi Mossbauer

Mössbauer spektroskopi adalah teknik serbaguna yang dapat digunakan

untuk menyediakan informasi dalam banyak bidang ilmu pengetahuan seperti

Fisika, Kimia, Biologi dan Metalurgi. Hal ini dapat memberikan informasi yang

sangat tepat tentang kimia, struktural, magnet dan tergantung waktu sifat dari

suatu material. Kunci keberhasilan dari teknik ini adalah penemuan sinar gamma

emisi recoilless dan penyerapan, sekarang disebut sebagai 'Efek Mössbauer',

setelah penemunya Rudolph Mössbauer, yang pertama kali mengamati efeknya

pada tahun 1957 dan menerima Hadiah Nobel dalam Fisika pada tahun

1961 untukkaryanya.

Ini pengenalan kepada teori dan aplikasi Mössbauer spektroskopi terdiri

dari empat bagian. Pertama teori di balik efek Mössbauer dijelaskan. Berikutnya

bagaimana efeknya dapat digunakan untuk penyelidikan atom dalam suatu sistem

ditampilkan.Kemudian faktor-faktor utama dari spektrum Mössbauer

diilustrasikan dengan spektrum diambil dari pekerjaan penelitian. Akhirnya

sebuah daftar pustaka buku dan situs web diberikan untuk informasi lebih lanjut

dan lebih rinci.

Efek Mössbauer

Inti atom dalam menjalani berbagai transisi tingkat energi, sering dikaitkan

dengan emisi atau penyerapan sinar gamma. Tingkat energi dipengaruhi oleh

lingkungan sekitar mereka, baik elektronik dan magnetik yang dapat mengubah

atau membagi tingkat-tingkat energi. Perubahan-perubahan dalam tingkat energi

2

dapat memberikan informasi tentang lingkungan lokal atom dalam sistem dan

harus diamati dengan menggunakan resonansi fluoresensi. Namun demikian, dua

hambatan utama dalam memperoleh informasi tersebut: 'hyperfine' interaksi

antara inti dan lingkungan yang dimiliki sangat kecil, dan mundur dari inti sebagai

sinar gamma yang dipancarkan atau diserap mencegah resonansi.

Dalam inti selama emisi atau penyerapan sinar gamma itu mundur karena

konservasi momentum, sama seperti pistol mundur ketika menembakkan peluru,

dengan ER energi lompatan. Sinar gamma yang dipancarkan memiliki sedikit

energi ER dari transisi nuklir tapi akan resonantly diserap itu harus ER lebih besar

dari energi transisi karena mundur dari inti menyerap. Untuk mencapai resonansi

hilangnya energi yang mundur harus diatasi dalam beberapa cara.

Gambar 1 : Recoil inti bebas dalam emisi atau penyerapan sinar gamma 

Sebagai atom akan bergerak karena gerakan acak termal energi sinar

gamma memiliki penyebaran nilai-nilai DE disebabkan oleh efek Doppler. Ini

menghasilkan profil energi sinar gamma seperti yang ditunjukkan pada

Fig2. Untuk menghasilkan sinyal resonansi dua energi perlu tumpang tindih dan

ini ditunjukkan di daerah merah yang teduh. Daerah ini ditampilkan berlebihan

seperti dalam kenyataannya sangat kecil, sepersejuta atau kurang dari gamma-ray

di daerah ini, dan tidak praktis sebagai suatu teknik.

Gambar 2: Tumpang tindih Resonant dalam atom bebas

3

Mössbauer ditemukan adalah bahwa ketika atom-atom dalam matriks

padat massa efektif inti adalah sangat jauh lebih besar. Massa recoiling sekarang

efektif massa keseluruhan sistem, membuat ER dan ED sangat kecil. Jika energi

sinar gamma cukup kecil yang mundur dari inti yang terlalu rendah yang akan

dikirim sebagai fonon (getaran dalam kisi kristal) sehingga mundur seluruh

sistem, membuat energi lompatan praktis nol: acara mundur-bebas. Jika

memancarkan dan menyerap inti berada dalam matriks padat yang dipancarkan

dan diserap sinar gamma adalah energi yang sama.

Gambar 3: Recoil bebas emisi atau penyerapan sinar gamma ketika inti atom

berada dalam matriks padat seperti kisi kristal 

Jika memancarkan dan menyerap inti berada di identik, lingkungan kubik

maka energi transisi adalah identik dan ini menghasilkan spektrum.

Gambar 4: Mössbauer spektrum Sederhana dari sumber identik dan penyerap 

Resolusi membatasi sekarang mundur dan doppler memperluas telah

dieliminasi adalah linewidth alami dari negara nuklir bersemangat. Hal ini terkait

dengan masa hidup rata-rata keadaan tereksitasi sebelum meluruh dengan

memancarkan sinar gamma. Untuk isotop Mössbauer paling umum, 57Fe,

linewidth ini adalah 5x10-9ev.Dibandingkan dengan energi sinar gamma dari

Mössbauer 14.4keV ini memberikan resolusi dari 1 di 1012, atau setara setitik

debu kecil di bagian belakang gajah atau satu lembar kertas dalam jarak antara

4

Matahari dan Bumi. Ini resolusi yang luar biasa adalah urutan diperlukan untuk

mendeteksi interaksi hyperfine dalam nukleus.

Sebagai resonansi hanya terjadi ketika energi transisi memancarkan dan

menyerap inti sama persis efeknya isotop tertentu. Jumlah relatif mundur bebas

peristiwa (dan karenanya kekuatan sinyal) sangat tergantung pada energi gamma-

ray dan sehingga efek Mössbauer hanya terdeteksi pada isotop dengan sangat

rendah keadaan tereksitasi berbohong. Demikian pula resolusi tergantung pada

masa keadaan tereksitasi. Kedua faktor ini membatasi jumlah isotop yang dapat

digunakan dengan sukses untuk Mössbauer spektroskopi. Yang paling digunakan

adalah 57Fe, yang memiliki energi yang sangat rendah sinar gamma dan berumur

panjang keadaan tereksitasi, yang cocok baik kebutuhan juga. Fig5 menunjukkan

isotop di mana efek Mössbauer telah terdeteksi. 

Gambar 5: Elemen dari tabel periodik yang dikenal Mössbauer isotop

(ditampilkan dalam huruf merah).

Satu spektrum Mössbauer berarti satu baris sesuai dengan memancarkan

dan menyerap inti berada di lingkungan identik. Sebagai lingkungan dari inti

dalam sistem kita ingin belajar akan hampir pasti menjadi berbeda untuk sumber

kami hyperfine interaksi antara inti dan lingkungannya akan mengubah energi dari

transisi nuklir. Untuk mendeteksi ini kita perlu mengubah energi menyelidik kami

gamma-ray. Bagian ini akan menunjukkan bagaimana hal ini tercapai dan tiga

cara utama di mana tingkat energi yang diubah dan efeknya pada spektrum.

Dasar-dasar Mössbauer Spektroskopi

Seperti ditunjukkan sebelumnya perubahan energi yang disebabkan oleh

interaksi hyperfine kita akan ingin melihat sangat kecil, dari perintah billionths

5

sebuah volt elektron. Variasi sangat kecil seperti sinar gamma asli cukup mudah

untuk dicapai dengan menggunakan efek doppler. Dengan cara yang sama bahwa

ketika sirene ambulans itu dinaikkan di lapangan ketika itu bergerak ke arah Anda

dan menurunkan ketika bergerak menjauh dari Anda, sinar gamma sumber kami

dapat bergerak ke arah dan jauh dari penyerap kami. Hal ini paling sering dicapai

dengan berosilasi sumber radioaktif dengan kecepatan beberapa mm / s dan

merekam spektrum dalam langkah-langkah kecepatan diskrit. Fraksi dari mm / s

dibandingkan dengan kecepatan cahaya (3x1011mm / s) memberikan energi menit

bergeser diperlukan untuk mengamati interaksi hyperfine. Untuk kenyamanan

skala energi spektrum Mössbauer demikian dikutip dari segi kecepatan sumber. 

Gambar 6 : Spektrum Sederhana menunjukkan skala kecepatan dan gerak relatif

sumber penyerap

Dengan sumber berosilasi kita sekarang dapat memodulasi energi dari

sinar gamma secara bertahap sangat kecil. Mana energi sinar gamma dimodulasi

cocok tepatnya energi transisi nuklir di penyerap gamma Sinar-resonantly diserap

dan kita melihat puncaknya. Seperti yang kita lihat ini dalam gamma-sinar

ditransmisikan sampel harus cukup tipis untuk memungkinkan gamma-ray untuk

melewati, energi yang relatif rendah gamma-ray mudah dilemahkan. 

Sumber dan penyerap adalah identik. Tingkat energi dalam inti menyerap

dapat dimodifikasi oleh lingkungan mereka dalam tiga cara utama: dengan Shift

berisomer, Memisahkan quadrupole dan Memisahkan Magnetik. 

Pergeseran isomer timbul karena volume bukan nol dari inti dan densitas

muatan elektron karena s-elektron di dalamnya. Hal ini menyebabkan interaksi

(Coulomb) monopol, mengubah tingkat energi nuklir. Setiap perbedaan

6

lingkungan s-elektron antara sumber dan penyerap sehingga menghasilkan

pergeseran energi resonansi transisi. Hal ini akan merubah seluruh spektrum

positif atau negatif tergantung pada kepadatan s-elektron, dan menetapkan pusat

massa dari spektrum.

Sebagai pergeseran tidak dapat diukur secara langsung itu dikutip relatif

terhadap penyerap dikenal. Misalnya 57Fe Mössbauer spektrum akan sering

dikutip relatif terhadap alfa-besi pada suhu kamar.

Pergeseran isomer ini berguna untuk menentukan valensi negara, ligan

ikatan negara, elektron perisai dan kekuatan elektron-gambar kelompok

elektronegatif. Sebagai contoh, konfigurasi elektron untuk Fe2 + dan Fe3 + adalah

(3d) 6 dan (3d) 5 masing-masing. Ion-ion besi memiliki kurang s-elektron pada

inti karena skrining yang lebih besar dari d-elektron. Jadi ion besi memiliki

pergeseran isomer yang lebih besar dari ion positif besi.

Quadrupole memisahkan inti di negara-negara dengan jumlah kuantum

momentum sudut I> 1/2 memiliki distribusi muatan yang tidak bulat. Ini

menghasilkan momen quadrupole nuklir. Dengan keberadaan medan listrik

asimetris (diproduksi oleh distribusi muatan asimetris elektronik atau pengaturan

ligan) ini membagi tingkat energi nuklir. Distribusi muatan ditandai dengan

kuantitas tunggal yang disebut Gradien Medan Listrik (EFG).

Dalam kasus sebuah isotop dengan negara = 3/2 saya bersemangat, seperti

57Fe atau 119Sn, keadaan tereksitasi dibagi menjadi dua substates mI = ± 1/2 dan

mI = ± 3/2.

Gambar 7 : membelah quadrupole untuk transisi 3/2 sampai 1/2.

7

Besarnya membelah quadrupole, Delta, akan muncul 

Besarnya pembagian, Delta, berkaitan dengan momen quadrupole nuklir, Q, dan

komponen prinsip EFG, Vzz, oleh hubungan Delta = eQVzz / 2. 

Magnetik memisahkan dengan keberadaan medan magnet saat spin nuklir

mengalami interaksi dipole dengan membelah lapangan yaitu magnet

Zeeman. Ada banyak sumber dari medan magnet yang dapat dialami oleh

nukleus. Medan magnet jumlah efektif inti, Beff diberikan oleh: 

Beff = (Bcontact + + Borbital Bdipolar) + Bapplied 

tiga suku pertama yang karena kerang sendiri atom elektron terisi

sebagian. Bcontact adalah karena spin elektron pada mereka polarisasi kerapatan

spin pada inti, Borbital adalah karena saat orbital elektron pada mereka, dan

Bdipolar adalah bidang dipole karena spin elektron-elektron.

Medan magnet ini membagi tingkat nuklir dengan spin I ke dalam (2I +1)

substates. Ini ditampilkan dalam Fig3 untuk 57Fe. Transisi antara keadaan

tereksitasi dan keadaan dasar hanya dapat terjadi di mana perubahan mI oleh 0

atau 1. Spasi baris yang sebanding dengan Beff.

Gambar 8 : Pemisahan magnetik tingkat energi nuklir

Posisi garis yang berhubungan dengan pemisahan tingkat energi, tetapi

intensitas garis terkait dengan sudut antara sinar gamma Mössbauer dan saat spin

nuklir.

Garis luar dan dalam selalu dalam proporsi yang sama tapi garis tengah

dapat bervariasi dalam intensitas relatif antara 0 dan 4 tergantung pada sudut

8

momen spin nuklir buat untuk sinar gamma. Dalam sampel polikristalin tanpa

medan listrik nilai ini rata-rata untuk 2, tetapi dalam kristal tunggal atau di bawah

bidang diterapkan intensitas garis relatif dapat memberikan informasi tentang

orientasi momen dan pemesanan magnetik.

Interaksi ini, berisomer Shift, Memisahkan quadrupole dan memisahkan

magnetik, sendiri atau dalam kombinasi adalah karakteristik utama dari spektrum

Mössbauer banyak. Bagian selanjutnya akan menunjukkan beberapa spektra

rekaman yang menggambarkan bagaimana mengukur interaksi ini hyperfine dapat

memberikan informasi berharga tentang sistem.

3. Vibrasi Magnetometer

Secara keseluruhan gambar dari VSM digunakan pada SPCSI 

Tujuan ini magnetometer sampel bergetar (VSM, DMS Society) adalah

untuk menentukan sesuai dengan medan magnet diterapkan dan suhu, sifat

magnetik dari lapisan tipis dan kristal kecil alam berbagai (oksida magnetik, ...).

Prinsip konfigurasi ini terletak pada metode fluks yang terdiri dalam

mengukur fluks menginduksi (F) dalam kumparan dengan perpindahan berkala

sampel. Lebih tepatnya, satu membuat bergetar secara vertikal (Z axis) pada

frekuensi (f) suatu sampel ditempatkan di pusat kumparan pengukuran dengan

amplitudo konstan. Tegangan induksi dalam kumparan deteksi oleh sampel

magnetik saat (μ) diperoleh mulai dari teorema timbal-balik:

F = (B / I) μ

dimana B adalah medan magnet yang akan dihasilkan oleh arus I fiktif yang

beredar di kumparan deteksi.

9

Tegangan induksi diberikan oleh relasi:

E = - dF / dt = - μ d (B / I) / dz.dz / dt

Salah satu kepentingan dari metode pengukuran adalah kecepatan karena

drift parasit canggung adalah pseudo-sinyal kontinyu dengan mudah dihilangkan

dengan deteksi sinkron.

  

Detil terlihat dengan sistem getaran, kumparan deteksi dan oven. 

Pertunjukan: Sensitivitas: 10-9 A.m2 sampai 300 K / A.m2 10-8 pada suhu

variabel. Maksimum medan magnet: 2,8 teslas. Suhu: 100 K - 1000 K dengan

kehadiran sistem pendingin bawah oven gas nitrogen.Kemungkinan melakukan

pengukuran seperti Cooling Lapangan (FC), Zero Cooling Lapangan (ZFC),

annealings bawah atmosfer terkontrol (Argon. ..).

Sistem rotasi yang memungkinkan untuk melakukan pengukuran sudut

(dalam rencana dan keluar dari program).

Beberapa gambar dari VSM yang "cryogenic Terbatas" dari SPEC.  

VSM ini (bergetar magnetometry sampel) perangkat dari SPEC memungkinkan

pengukuran magnet dengan B diterapkan lapangan sampai 14 T.

10

VersaLab ™ 3 Tesla, kriogen bebas Vibrating Sample Magnetometer

Quantum Desain memperkenalkan pertama portabel, kriogen bebas

cryocooler berbasis Vibrating Sample Magnetometer (VSM) - VersaLab. Dengan

sensitivitas yang lebih baik dari 10 -6 emu / rt-Hz, ini 3-tesla VSM memiliki

kisaran suhu 50 hingga 400 K.

Seperti semua instrumen Desain Quantum, VersaLab VSM adalah sistem

turnkey yang sepenuhnya otomatis dengan antarmuka user-friendly, dan

memanfaatkan teknologi yang dikembangkan untuk Sistem Properti populer

Quantum Design Pengukuran Fisik (ppms ®). VersaLab dirancang khusus untuk

karakterisasi magnetik sampai 3 tesla dan pada rentang temperatur yang luas

tanpa perlu cryogens cair. Memanfaatkan pendekatan baru untuk desain peralatan

cryocooler, VersaLab mempekerjakan 4 baru Dia berbasis sistem kontrol suhu dan

gas teknologi aliran yang menghilangkan kebutuhan untuk cryogens cair.

VersaLab memberikan pengguna:

Ruang bebas di laboratorium karena ukurannya yang ringkas dan mudah

dibawa

Acara bebas sedangkan alat otomatis melakukan pengukuran

Kebebasan dari cryogens cair

Kebebasan dari air pendingin dan kebutuhan daya tinggi

Sebuah konfigurasi tunggal hardware untuk semua suhu, ladang, dan momen

magnetik

11

Vibrating Sample Magnetometer EV9 dari MicroSense

The Vibrating Sample Magnetometer EV9 bisa mencapai ladang hingga

26 kOe pada ruang sampel dari 5 mm dan 21,5 kOe dengan suhu kamar di tempat.

Yang membuat ini VSM bidang tertinggi sebesar ini. Untuk mencapai bidang

serupa dengan VSMs dibuat oleh merek lain, Anda biasanya perlu model dengan

magnet yang jauh lebih besar dan lebih berat. Ini juga membuat pilihan yang lebih

efektif biaya untuk pengukuran bidang magnetik tinggi.

Model VSM dapat mengukur cair, bubuk, padat, curah, dan sampel film

tipis dan disertakan dengan pemegang sampel untuk semua jenis sampel. Kinerja

dunia nyata rendah noise yang sangat baik membuat VSM pilihan yang sempurna

untuk sampel dengan momen magnetik rendah.

Karena desain power supply yang sangat efisien magnet, tidak ada

pendingin air diperlukan untuk elektronik dan karena elektromagnet hanya perlu

pendingin air untuk operasi di bidang tinggi, VSM dapat beroperasi pada siklus

menengah atau pada lahan rendah tanpa kebutuhan untuk air chiller. Untuk

pengukuran banyak ini menghilangkan sumber kebisingan akustik dari lingkungan

laboratorium. Juga, menghapus air pendingin dari elektronika daya tinggi yang

membuat sistem ini secara inheren lebih aman daripada desain power supply air

didinginkan.

Suhu pilihan yang tersedia menyediakan berbagai suhu dari 4.2K untuk

1050K. Unik ke sistem MicroSense adalah kenyataan bahwa ruang suhu sampel

selalu siap digunakan diinstal pada slide di dasar magnet. Ini berarti bahwa

seseorang dapat beralih ke suhu pengukuran magnetik tergantung hanya dengan

12

membalik pengungkit. Dalam sistem bersaing ruang suhu biasanya dihapus dari

sistem jika tidak digunakan, yang membuat switching bolak-balik lebih rumit.

Termasuk dengan sistem ini adalah semua pilihan yang diperlukan untuk

menjalankan termasuk perangkat lunak EasyVSM yang mudah digunakan untuk

pengukuran sederhana namun cukup kuat untuk pengukuran yang paling rumit

yang dapat Anda pikirkan.

Vibrating Sample Magnetometer dari Control muka Tek

Magnetometer MicroMag cepat, sistem pengukuran sensitif magnetik yang

menyediakan pengguna dengan mudah nyaman untuk menggunakan alat untuk

menganalisis sifat magnetik dari berbagai sistem materials.ÊPMC

menggabungkan dua teknik pengukuran magnetometer dasar dengan tumpang

tindih kemampuan fungsional. Dua teknik yang menggambarkan perwakilan dari

gradien dan bergetar magnetometer sampel.

Fitur

Sensitivitas tinggi (0,5 microemu standar deviasi @ 1 detik per titik ukur)

Hardware dan software yang kompatibel dengan PMC Gradient bolak Sistem

Magnetometer

Serbaguna, pemegang perubahan cepat sampel

Sampel kontinu rotasi sumbu Z bawah kontrol komputer

Tinggi dan rendah suhu aksesoris

Kecepatan tinggi empat kuadran magnet listrik

Komprehensif, mudah digunakan perangkat lunak Windows ¨ aplikasi

berbasis

13