МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИАМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Диамагнетики являются слабомагнитными материалами. Это означает, что при воздействии внешнего магнитного поля диамагнетики создают собственное магнитное поле. При этом создаваемое диамагнетиком магнитное поле будет противодействовать внешнему магнитному полю. Это свойство диамагнетиков используется для ослабления магнитных полей, например в защитных магнитных экранах или в катушках индуктивности. При этом, ослабление магнитного поля диамагнетиками эффективно при низкочастотных и постоянных магнитных полях. Диамагнетики принято разделять на 3 типа: диамагнетики классического типа, диамагнитные свойства которых не зависят от температуры, а их магнитная восприимчивость составляет около 10^-5 – 10^-6; диамагнетики аномального типа, диамагнитные свойства которых зависят от температуры, их магнитная восприимчивость может превышать восприимчивость диамагнетиков классического типа на два или три порядка; сверхпроводники, диамагнитные свойства которых проявляются при экстремально низких температурах, в этих условиях сверхпроводники обладают практически идеальными диамагнитными свойствами и электрической проводимостью (то есть внешнее магнитное поле полностью вытесняется из сверхпроводника, а сопротивление становиться близким к нулю).

С учетом того, что диамагнетики обладают существенно малой магнитной восприимчивостью, для исследования магнитных полей диамагнетиков требуется использовать высокочувствительные приборы, в противном случае потребуется создание слишком сильного внешнего магнитного поля, действующего на диамагнетик.

Исследование слабомагнитных объектов в радиочастотном диапазоне

Существуют различные методы исследования слабомагнитных материалов, основываясь на значении ЭДС индукции на вторичной обмотке или на значении реактивного сопротивления катушки, обхватывающей образец – индукционным методом. Такой метод может быть использован в условиях воздействия переменных магнитных полей различных частот, при этом значение измеряемой восприимчивости может быть порядка 10^-6, а точность достигать одного процента. В зависимости от частоты колебания внешнего магнитного поля могут использоваться различные способы исследования слабомагнитных материалов.  В радиочастотном диапазоне восприимчивость можно определить по изменению резонансной частоты контура генератора [1]. Такой способ позволяет определить магнитную восприимчивость с высокой точностью, однако на точность измерения сильно влияет химическая чистота материала и температура.           

Дифференциальные методы измерения слабомагнитных материалов мостовым методом

Для измерения магнитной восприимчивости слабомагнитных материалов в диапазоне низких частот можно использовать мостовой метод измерения [2]. В этом случае используется трансформаторная схема измерения, состоящая из одной первичной обмотки, и двух вторичных обмоток, напряжения в которых, при отсутствии образца в одной из них, компенсируют друг друга. При внесении в одну из обмоток образца из слабомагнитного материала, ее индуктивность меняется, в результате чего равновесие моста нарушается, а на выходе схемы появляется напряжение, зависящее от намагниченности образца. С учетом того, что диамагнетики получили широкое применение для ослабления постоянных и низкочастотных магнитных полей, такой метод может быть использован для исследования способности ослабления магнитного поля образцом из диамагнитного материала.   

СКВИД-магнитометры

Широкое распространение получили сверхпроводящие квантовые интерферометры – СКВИД-магнитометры. Причина тому, самая высокая чувствительность среди приборов для измерения магнитных полей. В таких приборах используются волновые свойства электрона. В таких приборах используются сверхпроводники, которые проявляют свои свойства, необходимые для такого метода измерений, только при экстремально низких температурах. Поэтому в состав установок, измеряющих магнитные поля с помощью СКВИД-магнитометров, входит криогенная часть, а исследуемый образец теплоизолируется. При этом существует способ регулирования температуры образца, а точность прибора может быть повышена за счет использования нулевого метода проведения измерений [3].      

Таким образом, можно заключить, что при измерении магнитной восприимчивости диамагнетика могут использоваться различные методы измерений, исходя из требуемой точности и условий проведения измерений.