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振動試料型磁力計( VSM) (フォナー磁力計とも呼ばれる) は、ファラデーの電磁誘導の法則に基づいて磁気特性を測定する科学機器です。MITリンカーン研究所のサイモン・フォナーは1955 年に VSM を発明し、1959 年に報告しました。[1]また、GW ファン・オーステルハウト[2]と PJ フランダースも 1956 年に言及しました。 [3]試料は最初に一定の磁場の中に置かれ、試料が磁性体であれば、その磁化が外部磁場と揃います。試料の磁気双極子モーメントにより磁場が生成され、試料が上下に動かされると、時間の関数として変化します。これは通常、圧電材料を使用して行われます。交流磁場により、VSM のピックアップコイルに電界が誘導されます。[4]電流は試料の磁化に比例します。誘導電流が大きいほど、磁化が大きくなります。その結果、典型的にはヒステリシス曲線が記録され[5]、そこからサンプルの磁気特性を推測することができます。
サンプルを振動させるというアイデアは、DOスミス[6]の振動コイル磁力計から生まれました。
典型的なVSMの概要
典型的なVSMセットアップのパーツ
- アクティブ冷却電磁石/電源
- 増幅器
- コントロールシャーシ
- メーター
- コンピュータインターフェース
- センサーコイル
- サンプルホルダー付き振動励起装置
- ホールプローブ（オプション）
サンプル操作手順:[4]
- サンプルホルダーにサンプルを取り付ける
- VSMシステムの起動
- コンピュータソフトウェアを実行してシステムを初期化します
- システムを校正する
- M向けにシステムを最適化する[4]
- ロックインアンプの校正
- 測定を行いデータを記録する
VSMが効果を発揮するための条件
- 磁場はサンプルを完全に飽和させるのに十分な強さでなければなりません（そうでないと不正確な測定が行われます）
- 磁場はサンプル空間全体で均一でなければならない（そうでなければ、磁場勾配[5] [7]の追加により、振動を再び変化させる力が誘発され、不正確な結果につながる）。
ピックアップコイルの重要性
これにより、VSMは誘導信号を最大化し、ノイズを低減し、広い鞍点を提供し、サンプルと電磁石の間の容積を最小限に抑えて、サンプル空間でより均一な磁場を実現できます。[5]コイルの構成は、研究対象の材料の種類に応じて異なる場合があります。[5]
物理学との関係
VSM はファラデーの電磁誘導の法則に依存しており、起電力の検出は で与えられます[ 7]。ここで、Nはワイヤの巻き数、Aは面積、コイルの法線と B フィールド間の角度です。ただし、 VSM が適切に較正されていれば、 NとA は不要になることがよくあります[7] 。コンピュータ ソフトウェアで電磁石の強度を変えることで、外部フィールドを高から低へ、そして再び高へスイープします[7]。通常、これはコンピュータ プロセスによって自動化され、データのサイクルが印刷されます。通常、電磁石は回転ベース[7]に取り付けられ 、角度の関数として測定を行うことができます。外部フィールドはサンプルの長さと平行に適用され[7] 、前述のサイクルによってヒステリシス ループが印刷されます。次に、較正材料の既知の磁化とワイヤの体積を使用して、高フィールド電圧信号をemu単位に変換できます。これは分析に役立ちます[7] 。
利点と欠点
VSM の精度と正確さは他の磁力計の中でもかなり高く、約emuのオーダーになります。 [5] VSM ではさらに、サンプルを磁化に対してさまざまな角度でテストできるため、研究者は外部の影響を最小限に抑えることができます。[8]ただし、サンプルによって発生する消磁効果のため、VSM は磁化ループの決定にはあまり適していません。[8] VSM はさらに温度依存性があり、振動による加速を受けない壊れやすいサンプルには使用できません。[5] [7] [8]
参考文献
- ^ Foner, Simon (1959). 「多用途で高感度な振動サンプル磁力計」Rev. Sci. Instrum . 30 (7): 548–557. Bibcode :1959RScI...30..548F. doi : 10.1063/1.1716679 .
- ^ ファン・オースターハウト、GW (1956)。応用科学。解像度B6：101．
{{cite journal}}:欠落または空|title=(ヘルプ) - ^ Flanders, PJ (1956). IEEE特別出版、磁性と磁性材料に関する会議。T -91 : 315–317。
{{cite journal}}:欠落または空|title=(ヘルプ) - ^ abc SWT物理学部。「振動サンプル磁力計」（PDF）。
- ^ abcdef Lopez-Dominguez, V.; Quesada, A.; Guzmán-Mínguez, JC; Moreno, L.; Lere, M.; Spottorno, J.; Giacomone, F.; Fernández, JF; Hernando, A.; García, MA (2018-03-01). 「マクロサンプル用のシンプルな振動サンプル磁力計」. Review of Scientific Instruments . 89 (3): 034707. Bibcode :2018RScI...89c4707L. doi :10.1063/1.5017708. hdl : 10261/163494 . ISSN 0034-6748. PMID 29604780.
- ^ Smith, DO (1956). 「振動コイル磁力計の開発」Rev. Sci. Instrum . 27 (261): 261–268. Bibcode :1956RScI...27..261S. doi : 10.1063/1.1715538 .
- ^ abcdefgh Burgei, Wesley; Pechan, Michael J.; Jaeger, Herbert (2003-07-10). 「材料物理学のコースで使用するためのシンプルな振動サンプル磁力計」. American Journal of Physics . 71 (8): 825–828. Bibcode :2003AmJPh..71..825B. doi :10.1119/1.1572149. ISSN 0002-9505.
- ^ abc 「振動サンプル磁力計（VSM）分析の解釈」。analyzetest.com 。 2021年3月16日。 2021年5月14日閲覧。