View
71
Download
7
Category
Preview:
Citation preview
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
Recommended