고자기장측정

소개

물리학 실험 A+ 보고서

목차

1.실험목표
2.측정
3.실험방법
4.실험원리 및 이론
5.결과해석 및 논의
6.결론
7.참고문헌

본문내용

1. 실험목표
Hall probe로 고자기장(0~5kG)을 측정해본다. 그리고 철-ferrite의 자기이력곡선과 투자율을 구해보고, 임계온도 이상에서 강자성 물질이 Curie 법칙을 따름을 확인해본다. 또한 편광현미경을 사용하여 magnetic domain의 구조를 확인해본다.
2. 측정
① 철, 페라이트의 투자율과 포화자기장을 측정한다.
② Curie`s Law를 확인한다.
③ YIG 박막에서 magnetic domain이 외부 자기장에 어떻게 반응하는지 관찰한다.
3. 실험방법
3.1. 실험장치
Gauss meter, 시료(철, 페라이트, Gd, YIG), Hall probe, 수냉식 전자석, DC 전원장치, 편광현미경
① Hall probe: Hall effect를 이용하여 자기장을 측정할 수 있게 해주는 부품으로서 주로 Ga, As, Sb 등으로 이루어인 compound 물질의 박막을 사용하여 제작된다. 면에 수직방향으로 자기장이 가해지고, 두 개 단자에 전류가 가해진다. 이때, electrons(n형 반도체) 또는 holes(p형 반도체)가 Lorentz force에 의해 한쪽으로 쏠려서 +/- 층을 형성하게 되는데, 여기서 생기는 전압을 측정하여 자기장의 세기를 구하게 된다.

..<중략>..

YIG는 강자성물질이기 때문에 여러 개의 magnetic domain으로 이루어져 있다. Faraday rotation 현상을 이용하면 편광현미경으로 domain을 관찰할 수 있는데, Fig.6,7은 편광현미경으로 YIG박막을 관찰한 결과를 나타낸다.
Fig.6,7은 각각 박막에 자석을 가까이하기 전과 후의 모습을 나타낸다. Fig.7의 magnetic domain이 6에 비해 더 또렷함을 알 수 있다. 이는 강자성체의 각 domain 방향이 무질서하다가 자석을 가까이하면 수십억 개의 자기 쌍극자를 포함한 각 domain들의 방향이 규칙적으로 정렬되기 때문이다.
※ Faraday Rotation: 자기장과 빛의 상호작용 현상. 물질의 유전율이 tensor로 표현될 때, ferromagnetic resonance의 결과이다. 이러한 resonance는 복굴절과 같이 다른 속도로 진행하는 두 개의 전자기파로 나눈다.

참고자료

· [1] 고자기장측정 조교매뉴얼.hwp
· [2] David J. Griffiths, Introduction to electrodynamics, 3rd. ed. Pearson
· [3] Halliday, Resnick, Walker, Fundamentals of Physics, 4th. ed., Wiley
· [4] YIG: http://www.tkk.fi/Units/AES/projects/prlaser/yig.htm
· [5] Faraday Rotation: http://en.wikipedia.org/wiki/Faraday_rotat