La resonancia ferromagnética , o FMR , es el acoplamiento entre una onda electromagnética y la magnetización de un medio por el que pasa. Este acoplamiento induce una pérdida importante de potencia de la onda. La energía es absorbida por la magnetización precesante ( precesión de Larmor ) del material y se pierde en forma de calor. Para que se produzca este acoplamiento, la frecuencia de la onda incidente debe ser igual a la frecuencia de precesión de la magnetización (frecuencia de Larmor) y la polarización de la onda debe coincidir con la orientación de la magnetización.
Este efecto se puede utilizar para diversas aplicaciones, como técnicas espectroscópicas o la concepción de dispositivos de microondas .
La técnica espectroscópica FMR se utiliza para probar la magnetización de materiales ferromagnéticos . Es una herramienta estándar para sondear ondas de espín y dinámica de espín. La RMF es muy similar a la resonancia paramagnética electrónica (EPR), y también algo similar a la resonancia magnética nuclear (RMN), excepto que la RMF explora la magnetización de la muestra resultante de los momentos magnéticos de electrones acoplados dipolarmente pero no apareados , mientras que la RMN explora la magnetización magnética. momento de los núcleos atómicos que están protegidos por los orbitales atómicos o moleculares que rodean dichos núcleos de espín nuclear distinto de cero.
La resonancia FMR es también la base de diversos dispositivos electrónicos de alta frecuencia, como los aisladores de resonancia o los circuladores .
La resonancia ferromagnética fue descubierta experimentalmente por VK Arkad'yev cuando observó la absorción de radiación UHF por materiales ferromagnéticos en 1911. Ya ofreció una explicación cualitativa de la RMF junto con una explicación de los resultados de Arkad'yev. G. Dorfman en 1923, cuando sugirió que las transiciones ópticas debidas a la división de Zeeman podrían proporcionar una forma de estudiar la estructura ferromagnética.
Un artículo de 1935 publicado por Lev Landau y Evgeny Lifshitz predijo la existencia de resonancia ferromagnética de la precesión de Larmor , que fue verificada de forma independiente en experimentos de JHE Griffiths (Reino Unido) y EK Zavoiskij (URSS) en 1946. [1] [2] [3 ]
FMR surge del movimiento precesional de la magnetización (generalmente bastante grande) de un material ferromagnético en un campo magnético externo . El campo magnético ejerce un par sobre la magnetización de la muestra que hace que los momentos magnéticos en la muestra precedan . La frecuencia de precesión de la magnetización depende de la orientación del material, la fuerza del campo magnético, así como de la magnetización macroscópica de la muestra; La frecuencia de precesión efectiva del ferroimán tiene un valor mucho menor que la frecuencia de precesión observada para los electrones libres en EPR. Además, los anchos de línea de los picos de absorción pueden verse muy afectados tanto por efectos de estrechamiento dipolar como de ampliación del intercambio (cuánticos). Además, no todos los picos de absorción observados en FMR son causados por la precesión de los momentos magnéticos de los electrones en el ferroimán. Por tanto, el análisis teórico de los espectros FMR es mucho más complejo que el de los espectros EPR o NMR.
La configuración básica para un experimento FMR es una cavidad resonante de microondas con un electroimán . La cavidad resonante se fija a una frecuencia en la banda de frecuencia súper alta . Se coloca un detector al final de la cavidad para detectar las microondas. La muestra magnética se coloca entre los polos del electroimán y se barre el campo magnético mientras se detecta la intensidad de absorción resonante de las microondas. Cuando la frecuencia de precesión de la magnetización y la frecuencia de la cavidad resonante son iguales, la absorción aumenta bruscamente, lo que se indica por una disminución de la intensidad en el detector.
Además, la absorción resonante de la energía de las microondas provoca un calentamiento local del ferroimán. En muestras con parámetros magnéticos locales que varían en la escala nanométrica, este efecto se utiliza para investigaciones de espectroscopia dependiente del espacio.
La frecuencia de resonancia de una película con un campo externo aplicado en paralelo viene dada por la fórmula de Kittel : [4]
donde es la magnetización del ferroimán y es la relación giromagnética . [5]
