微波铁氧体的工作原理–旋磁性

        旋磁性——材料在稳恒磁场H₀和微波磁场h的共同作用下，所显示出来的磁导率张量特性和铁磁共振等特性。旋磁性起源于电子自旋磁矩围绕H₀所作的本征频率ω₀=gH₀的右旋进动(拉摩进动)，见图5。

图5 单电子的自由运动

        当只有稳恒磁场H₀作用时，由于有阻尼，M绕H₀的进动夹角β会随着能量的损耗而逐渐减小，很快转向H₀方向(图6)。当加以交变磁场h(垂直于H₀)后，交变场会对进动着的M给予能量补充，使M以外加交变场的频率ω继续进动下去。

图6 有阻尼作用的磁化强度M的进动 [1]，

（1）

        张量磁导率的物理意义——当交变磁场的h_y =0，只有x方向的h_x时，由于M_s的进动(图5)， h_x不仅能产生x方向上的交变磁化强度m_x和交变磁感应强度b_x还能产生y方向上的m_y和b_y。即，由于磁化率的张量特性，使得x方向的交变磁场h_x把x方向上的能量还耦和到y方向上去了，这就是旋磁性。(1)式中的μ项可以认为是h直接对m和b的贡献，非对角分量c_a 和k项，具有耦合系数的意义。

        铁磁共振——在一定的频率ω下，调节稳恒磁场H₀，当H₀=ω/g时，频率ω就等于M绕H₀的进动的本征频率ω₀(gH₀)，则发生能量的共振吸收，测得的张量磁化率元c和c_a的虚部c²和c_a²达到极大值，这种现象称为铁磁共振。这时的外加磁场称为铁磁共振场H_r。

        铁磁共振的物理图像——当ω≠ω₀时进动张角很小，当ω=ω₀(=gH₀) 即交变场频率等于M绕H₀进动的本征频率时，会发生能量的共振吸收。外加交变场补充的能量使得M的进动夹角能够维持在一个较大的角度β(图7)，这就是铁磁共振。

图7发生铁磁共振时M的进动张、角 [1]。

        正负圆偏振场h_±下的标量磁导率μ_±——任何一个线极化波，都可以分解成两个大小相等、方向相反的圆极化波。对圆极化波，磁导率变成标量m_±=1+c_±=μ¢_±–iμ²_±，。如图8所示，μ₊′和μ₊²呈现共振特性，μ_－′与磁场无关，μ_－²恒等于零。正负圆极化磁导率μ₊与μ_－的差异构成了旋磁器件的非互易效应的物理基础。这与电子自旋磁矩围绕稳恒磁场所作的进动是右旋的，h₊也是右旋的有关。

图8 观测到的 , (H>0一侧), 与稳恒磁场H的关系， 恒为零[7.3]。