PripremazavježbuMagnetskedomene

PrincipradaiobjašnjenjemjernoguređajaNamikroskopskompostoljunalaziseuređajzaprikazmagnetskihdomena.Sastojiseoddvapolarizatoraizmeđukojihjetanakslojmagnetskogmaterijala.Sloj,tj.filmjedovoljnotanakdasvjetlostmožeproćikroznjega.Kakosvjetlostprolazikrozprvipolarizatorfiltrirasesamoodređenitippolarizacije.Prolaskomkrozmagnetskimaterijalsvjetlostmijenjakutpolarizacijeitoproporcionalnosjakošćulokalnogmagnetskogpoljaumaterijalu.Kakoumaterijalupostojedomene,takoćenanekimdijelovimapomakpolarizacijebiti0(gdjenemalokalnemagentizacije),anadrugimnekikutφ0(gdjejelokalnamagnetizacijeprisutna).Kadasvjetlostdođedodrugogpolarizatoraponovnosefiltrirasvasvjetlostkojanemaodgovarajućikutpolarizacije.Namikroskoputovidimokaosvijetleitamnezonekojenamgovoredaispodnjihležegranicemagnetskihinemagnetskihdomena-tzv.domenskizidovi.

TipičniprikazidomenagledanikrozmikroskoppojačanjaX100

REMNANTNOSTANJES

JEDNAKIMPOVRŠINAMASVAKEDOMENE.UVANJSKOMMAGNETSKOMPOLJU0.0HSAT.

UPOLJU0.77HSAT.

UPOLJU0.95HSAT.

UPOLJU0.99HSAT.UOČITE

MALE«MJEHURIĆE»

MagnetskimaterijaljeferimagnetskifilmformuleBi0.6Tm2.4Ga1.15Fe3.85O12iotprilikejedebeo8 µm.Raditogajeuređajosjetljiv,pajepotrebnopažljivorukovatisnjim.Bezvanjskogpolja,cijeliuzoraksepodijelinadomeneovisnooprisutnostilokalneanizotropije.Suključenimmalimvanjskimpoljemdiodomenskihzidovanestaneidvijemanjedomenesestopeujednusistommagnetizacijom.Porastommagnetskogpoljasvemanjedomenskihzidovaimadovoljnoenergijedaseoduprevanjskojpobudiipostepenodomeneostanulokaliziraneumalimpodručjimanaliknatočku–magnetskimjehurići.Sdaljnjimporastommagnetskogpoljasecijeliuzorakmagnetiziraiformirasamojednudomenu.TopoljesenazivaipoljesaturacijeHSAT,jernemadaljnjegrastamagnetizacije.

UređajzaprikazmagnetskihdomenaTEL-300

Faradayevefekt(Faradayevarotacija)Faradayevarotacijajemagneto-optičkifenomenrotacijeravninepolarizacijeprilikomprolaskakrozmagnetskimedij.Rotacijaravninepolarizacijejeproporcionalnaiznosukomponentemagnetskogpoljausmjerupropagacije:

ϑ=V⋅B⋅d,gdjejeVVerdetovakonstantakojaovisiomaterijalu,Bjakostpolja(uT),adputkojisvjetlostprolazi(dakle,debljinafilma).Linearnopolariziranasvjetlostsemožeprikazatikaosuperpozicijasvjetlostislijevomidesnomcirkularnompolarizacijom.Kodnje,smjerelektričnogpoljarotirafrekvencijomsvjetlosti.Toelektričnopoljekodprolaskakrozmaterijaluzrokujesilunanabijenečesticeodkojihsematerijalsastoji,azbogsvojemalemasetasilanajvišeutječenaelektrone.Kakojepolarizacijacirkularna,takojeigibanjeelektronakružnoipritomsestvaravlastitomagnetskopoljeporedvanjskogmagnetskogpolja.UkupnopoljeBjezatopojačanoujednomsmjeru,aoslabljenoudrugom.Totakođeruzrokujeipomakufaziizmeđudvijezrake.UeksperimentunaTEL-300,svjetlostkojaprolazikroztankiferimagnetskifilmjeprozirnaižutauslučajunepolariziranesvjetlosti,nokadsegledakrozdvapolarizatorauzorakmagnetskihdomenapostanevidljivuoblikunemagnetiziranihzonailivrpčastihkrivulja.Kakobisevidjeledomene,potrebanjemikroskopsukupnimpojačanjem(okularaiobjektiva)otprilikex100.

OdređivanjeM-HKrivuljaMjerenjemintenzitetasvjetlostimožemoindirektnoodreditimagnetizacijumaterijala.Dodatkomkomponentesoptičkiosjetljivomdiodomnamjestooka,jakostsvjetlostisemjerikaoporastizlaznognaponanadiodi.NatajnačinsemožeodreditiM-Hovisnost.Zaferimagnetskematerijalemagnetizacijauzorkaovisiopovijesti,tj.ovisnostM(H)

nijejednakazasmjerporastapoljaod0doHSATizaovisnostHSATdo–HSAT.Takvekrivuljepokazujupostojanjehistereze,tj.davrijednostmagnetizacijeMzamagnetskopolje(-HSAT,HSAT)nemajednoznačnoodređenuvrijednost.Također,kaoštosemoglozaključitiizranijegopisaovisnostM(H)nijelinearna.

POPREČNIPRESJEKUREĐAJAZAPRIKAZMAGNETSKIHDOMENA

Kakoznamodaćeovisnostintenzitetasvjetlostibitiproporcionalnaupravomagnetizaciji,anenekojfunkcijimagnetizacije?

-Štoodređujejakostmagentizacijeodređenogsustava?(Sjetiteseizstatističkefizike)

MJERNIPOSTAVMjernipostavsesastojiod:

- optičkogmikroskopa,- USBkamere,- Računala,- Dodatkasoptičkiosjetljivomdiodom,- Izvorastrujezakontrolumagnetskogpolja,- Izvoranaponazanapajanjediode,- Voltmetraiampermetra,- Sklopke,

Shemaspajanjajeprikazananasliciispod:

Pričemususbrojevimaoznačeni:1. optičkiokular2. USBkamerazasnimkenaračunalu3. NastavakzamontiranjeoptičkiosjetljivediodeTS250RNashemisutakođerprikazanikontaktidiode.IntenzitetsvjetlasemjerinaVout,anaponnapajanja(VDD=5V)sestavljanasrednjuelektrodu.

Uprvadvazadatkaciljjedadobijeteosjećajokvalitativnomponašanjusustavakakomijenjatemag.poljeod–HSATdoHSAT,kakobistezatimmogliprijećinazadatak3iizvršitimjerenjabezpromatranjauzorka.Zadatak1

Spojitepostavsoptičkimokularomnamikroskopu.Uključiterasvjetumikroskopaipromotritemagnetskedomenenauzorku.SpojitenapajanjezavojniceTEL-300prekoosiguračaisklopkezapromjenupolariteta.Jakostpoljasemoževarirativariranjemjakostistrujeukrugu.Mijenjanjempoljapromatrajteštosedogađasdomenama.Kadsmanjitestrujuna0,preklopitesklopku(promjenapolaritetapolja)iponovnopromatrajteštosedogađakakorastestrujauzavojnici.Kojesuvrijednostistrujenakojojjeuzorakupotpunostipolariziran,tj.nakojojjemagnetskopoljedosegloHSAT?Zadatak2

Umjestooptičkogokulara,spojiteUSBkameruispojitejunaračunalo.Pokreniteprogramzasnimanjeiponovnopromatrajteštosedogađasdomenama.Akonaglospustitemagnetskopoljena0,štosedogađasdomenama?Zadatak3

Optičkiokularsesastojioddvadijela–lećeiprodužetka.Produžetakomogućujedodatnopovećanjeslikekojemožetelakokontrolirati.Izvuciteprodužetaktakodasenaokularuvidisamouzorak.Zatimpostavitedrveništitniknaobjektivkakobistespriječiliutjecajpozadinskogosvjetljenjanadiodu.Naokularpostavitedioduispojitenapajnjeod5Vnanju(prethodnoseuvjeritedajedobrospojenatestiranjemponašanjanaponaVoutbezmikroskopa).

Pažljivopoložitedioduinasljedećinačinosigurajtedasvasvjetlostuzorkapadanadiodu:

- postavitemagnetskopoljetakodajecijeliuzorakpolariziranidajepotpunožutosvjetlo,

- postavitenosačsdiodomnaokularipolaganookrećitenosač(crneboje)dokdrugomrukomdržitediodu(bijeleboje).Timećesepolaganomijenjativisinadiode.Istovremenopromatrajteizlazninapondiode–položajgdjejenaponnajvećijevisinanakojojsvasvjetlostpadanadiodu.

Sadkadjesvespremnozamjerenje,možeteizmjeritiovisnostmagentizacijeovanjskommagnetskompolju.Izmjeritekrivuljuovisnostimagnetizacijeomagnetskompolju,tj.intenzitetaočitanognaponaojakostistrujezavojnice.Podatkeprikažitegrafički.Očekujtedaćeteimatihisteretičnoponašanje,tj.danećetedobitiistebrojkezarazličitesmjerovemjerenja.

Jednomkadpostavitedioduipočnetemjerenje,nemičitediodudoknezavršitemjerenje.Promjenompoložajadiodemožetepromijenitiuvjetemjerenja.Dabistemogliizmjeriticijelukrivulju,morateimaticijelisetpodatakaodH=0doH=Hmax,zatimodHmaxdoHmin,paponovnodoHmax.Tipičnaovisnostjeprikazananasheminaslici1a)aprimjermjerenjanaslici1b).

Slika 1 a) Shematski prikaz histeretične ovisnosti magnetizacije o magnetskom polju(lijevo),b)primjerrezultatamjerenjaovevježbe.