Magnetómetro de muestra vibratoria
Esquema VSM
Configuración de VSM

Un magnetómetro de muestra vibrante (VSM) (también conocido como magnetómetro Foner) es un instrumento científico que mide las propiedades magnéticas basándose en la Ley de inducción de Faraday. Simon Foner en el Laboratorio Lincoln del MIT inventó el VSM en 1955 y lo informó en 1959. [1] También fue mencionado por GW Van Oosterhout [2] y por PJ Flanders en 1956. [3] Primero se coloca una muestra en un campo magnético constante y si la muestra es magnética alineará su magnetización con el campo externo. El momento dipolar magnético de la muestra crea un campo magnético que cambia en función del tiempo a medida que la muestra se mueve hacia arriba y hacia abajo. Esto se hace típicamente mediante el uso de un material piezoeléctrico . El campo magnético alterno induce un campo eléctrico en las bobinas de captación del VSM. [4] La corriente es proporcional a la magnetización de la muestra: cuanto mayor sea la corriente inducida, mayor será la magnetización. Como resultado, normalmente se registrará una curva de histéresis [5] y a partir de allí se pueden deducir las propiedades magnéticas de la muestra.

La idea de la muestra vibrante surgió del magnetómetro de bobina vibrante de DO Smith [6] .

Descripción general típica de VSM

Partes de una configuración VSM típica

Esquema simplificado de VSM
  • Electroimán/fuente de alimentación refrigerado activamente
  • Amplificador
  • Chasis de control
  • Metro
  • Interfaz de computadora
  • Bobinas de sensores
  • Excitador de vibración con portamuestras
  • Sonda Hall (opcional)

Procedimiento operativo de muestra:[4]

  1. Montaje de la muestra en el portamuestras
  2. Encender el sistema VSM
  3. Ejecute el software de la computadora para inicializar el sistema.
  4. Calibrar el sistema
  5. Optimizar el sistema para M [4]
  6. Calibrar el amplificador Lock-In
  7. Tomar medidas y registrar datos

Condiciones para que el VSM sea efectivo

  1. El campo magnético debe ser lo suficientemente fuerte como para saturar completamente las muestras (de lo contrario, se tomarán mediciones inexactas).
  2. El campo magnético debe ser uniforme en todo el espacio muestral (de lo contrario, la adición de gradientes de campo [5] [7] inducirá una fuerza que alterará la vibración una vez más, lo que conducirá a resultados inexactos).

Importancia de las bobinas de captación

Estos permiten que el VSM maximice la señal inducida, reduzca el ruido, proporcione un punto de silla amplio, minimice el volumen entre la muestra y el electroimán para lograr un campo magnético más uniforme en el espacio de la muestra. [5] La configuración de las bobinas puede variar dependiendo del tipo de material que se esté estudiando. [5]

Relación con la física

El VSM se basa en la ley de inducción de Faraday , con la detección de la fem dada por , [7] donde N es el número de vueltas de cable, A es el área y el ángulo entre la normal de la bobina y el campo B. Sin embargo, N y A a menudo son innecesarios si el VSM está calibrado correctamente. [7] Al variar la fuerza del electroimán a través de un software de computadora, el campo externo se barre de alto a bajo y nuevamente a alto. [7] Por lo general, esto se automatiza a través de un proceso informático y se imprime un ciclo de datos. El electroimán generalmente está conectado a una base giratoria [7] para permitir que las mediciones se tomen en función del ángulo. El campo externo se aplica en paralelo a la longitud de la muestra [7] y el ciclo mencionado anteriormente imprime un bucle de histéresis . Luego, utilizando la magnetización conocida del material de calibración y el volumen del cable, la señal de alto voltaje del campo se puede convertir en unidades emu , útiles para el análisis. [7] mi = norte d d a ( B A do o s ϑ ) {\displaystyle \varepsilon =N{d \over dt}(BAcos\vartheta)} ϑ {\estilo de visualización \vartheta}

Ventajas y desventajas

La precisión y exactitud de los VSM son bastante altas incluso entre otros magnetómetros y pueden ser del orden de ~ emu. [5] Los VSM también permiten que una muestra se pruebe en diferentes ángulos con respecto a su magnetización, lo que permite a los investigadores minimizar los efectos de las influencias externas. [8] Sin embargo, los VSM no son adecuados para determinar el bucle de magnetización debido a los efectos desmagnetizantes incurridos por la muestra. [8] Los VSM también sufren de dependencia de la temperatura y no se pueden usar en muestras frágiles que no pueden experimentar aceleración (debido a la vibración). [5] [7] [8] 10 − 6 {\displaystyle \displaystyle 10^{-6}}

Referencias

  1. ^ Foner, Simon (1959). "Magnetómetro de muestra vibratoria versátil y sensible". Rev. Sci. Instrum . 30 (7): 548–557. Bibcode :1959RScI...30..548F. doi : 10.1063/1.1716679 .
  2. ^ Van Oosterhout, GW (1956). Aplica. Ciencia. Res . B6 : 101. {{cite journal}}: Falta o está vacío |title=( ayuda )
  3. ^ Flanders, PJ (1956). Publicación especial del IEEE, Conferencia sobre magnetismo y materiales magnéticos . T-91 : 315–317. {{cite journal}}: Falta o está vacío |title=( ayuda )
  4. ^ abc Departamento de Física SWT. "Magnetómetro de muestra vibrante" (PDF) .
  5. ^ 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). "Un magnetómetro de muestra vibratoria simple para muestras macroscópicas". Review of Scientific Instruments . 89 (3): 034707. Bibcode :2018RScI...89c4707L. doi :10.1063/1.5017708. hdl : 10261/163494 . ISSN  0034-6748. PMID  29604780.
  6. ^ Smith, DO (1956). "Desarrollo de un magnetómetro de bobina vibrante". Rev. Sci. Instrum . 27 (261): 261–268. Bibcode :1956RScI...27..261S. doi : 10.1063/1.1715538 .
  7. ^ abcdefgh Burgei, Wesley; Pechan, Michael J.; Jaeger, Herbert (10 de julio de 2003). "Un magnetómetro de muestra vibratoria simple para usar en un curso de física de materiales". American Journal of Physics . 71 (8): 825–828. Bibcode :2003AmJPh..71..825B. doi :10.1119/1.1572149. ISSN  0002-9505.
  8. ^ abc "Interpretación del análisis del magnetómetro de muestra vibrante (VSM)". analyzetest.com . 2021-03-16 . Consultado el 2021-05-14 .

Véase también

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