Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 4.24. Структурная схема субмиллиметрового спектрометра,
предназначенного для излучения ЭПР [154]:
1 - блок дистанционного управления; 2 - зеркало; 3 - лазер; 4 - световод;
5 - генератор импульсов; 6 - осциллограф; 7 - цифровой выход; 8 - РОП; 9
- усилитель; 10- жидкий гелий; 11 - образец; 12 - конденсаторная батарея;
13 - интегратор; 14 - детектор; 15 - соленоид; 16 - датчик поля
эксперимента. Для того чтобы увеличить длительность импульса излучения до
г = 0,25 т 0,5 мс (т.е. сравнять ее с длительностью импульса поля), к
парам HCN или воды примешивали гелий.
Исследовались образцы диаметром 6 и толщиной 0,1 - 0,5 мм, однако при
самых коротких волнах интерференционные эффекты, упомянутые выше,
наблюдались и на наиболее тонких пластинах изучавшихся материалов.
Циклотронный резонанс. Рассмотрим работу установки, предназначенной для
исследования циклотронного резонанса в полях Вт = 100 -г 200 Тл (рис.
4.25). Магнитное поле генерировалось методом электромагнитного сжатия
потока; напряженность поля измерялась с помощью индукционного датчика,
расположенного на держателе образца. Образец охлаждался парами гелия,
датчиком температуры служила термопара медь-константан. Излучение в
дальней инфракрасной области генерировалось импульсным лазером на парах
воды (длины волн 119 и 220 мкм). Разряд в смеси паров воды и гелия
инициировался разрядом конденсатора емкостью 0,25 мкФ через резистор
сопротивлением 1-5 кОм. Импульсный режим работы лазера стабилизировался
пропусканием через газовую смесь постоянного тока силой несколько
десятков миллиампер, в результате чего флюктуации выходной мощности от
импульса к импульсу не превышали 2%. Для получения линейно
поляризованного излучения в резонатор под углом Брюстера помещали тонкую
пластину из полиэтилена, в противном случае лазерное излу-
132
'Ри с. 4.25. Установка для исследования циклотронного резонанса в
инфракрасной области спектра [101]:
V - лазер на парах воды; 2 - четвертьволновая пластина; 3,14 - плоские
зеркала'} 4, 13 - сферические зеркала; 5 - образец; 6 - инжектирующий
соленоид; 7 - держатель образца и хладопровод; 8 - пайнер; 9 - первичный
соленоид; 10 - защитный кожух; 11 - гелиевый дыоар; 12 - детектор
чение при каждом импульсе оказывалось циркулярно поляризованным, причем с
произвольным направлением поляризации. Чтобы выделить одно направление
циркулярной поляризации, на пути луча помещали четвертьволновую кварцевую
пластину (см. рис. 4.25). Лазерный луч фокусировался на образце с помощью
конфокального зеркала. Прошедшее через образец излучение посредством
системы зеркал подавалось на германиевый или галлиевый детектор,
охлажденнкй до 6 К. Сигналы с детектора регистрировались с помощью РОП.
Напряженность поля градуировалась по ЭПР в рубине, погрешность
градуировки не превышала 1%.
4.3.4. Измерения магнитострикции. Магнитострикция - зто изменение
равновесных расстояний между узлами кристаллической решетки при
вызываемых внешними причинами изменениях намагниченности кристалла [141,
155]. В частности, при воздействии на вещество магнитным полем размеры
образца изменяются как в направлении поля, так и поперек него - так
называемые продольная и поперечная магнитострикции. Первые измерения
магнитострикции в СМП были проведены П.Л. Капицей [156]. Для измерения
магнитострикции в СМП применяются три методики: емкостный мост, выносной
пьезодатчик и контактный пьезодатчик.
Емкостный мост. Такой метод измерения магнитострикции в СМП одними из
первых реализовали К.Л. Дудко и коллеги [157]. Рассмотрим ряд модификаций
этого метода и начнем с методики, использованный Херемансом и коллегами
[158] при измерении продольной магнитострикции в полях с Вт до 40 Тл.
Чувствительным элемен-
133
том служит конденсатор, одна из обкладок которого неподвижна, а другая
посредством кварцевого стержня соединена с образцом, так что изменение
длины последнего приводит к изменению емкости конденсатора из-за
перемещения его подвижной обкладки (рис. 4.26). Известно, что на
проводящую пластину, помещенную в рабочую полость импульсного соленоида,
действует сила, выталкивающая пластину из области поля из-за
взаимодействия импульсного поля с индуцированным им в пластине током.
Поэтому все детали измерительного устройства, находящиеся в рабочей
полости соленоида, должны быть изготовлены из непроводящих материалов.
Кроме того, и сам образец должен иметь плохую проводимость, в противном
случае чувствительному элементу будут передаваться наряду с малыми
деформациями образца (как правило, А1/1 *= 10 5 1СГ6) и значительно
более сильные перемещения образца
как целого вследствие эффекта ''диамагнитного поршня".
Изменение Д/ размера образца приводит к изменению Дd расстояния между
обкладками конденсатора, которое может быть определено по изменению его
емкости:
Д/ = -Дd= (e0erS/C2) АС, (4.13)
где е0 - диэлектрическая проницаемость вакуума; ег - относительная
диэлектрическая проницаемость; S - площадь пластин конденсатора; С -
