测量原理
磁致伸缩实验站是利用磁致伸缩测量技术研究材料在强磁场下样品尺度随磁场变化的实验平台，采用布拉格光栅光纤法。实验样品固定于测量杆底端与布拉格光栅紧密粘连在一起，布拉格光栅则通过光纤与外部光路连接。超发光二极管产生的宽带光源经环行器进入光纤布拉格光栅。由于光栅具有一定长度的间距，波长超过该间距的光将透射过去，而波长与该间距相当的光将被反射回到环行器，由光谱仪进行解调。强磁场下样品发生相变，其体积长度发生变化，从而影响光栅的间距。光栅间距的移动将被光谱仪解调，在频谱上显示出明显的尖峰。通过对反射谱波峰处波长的分析，即可得到样品磁致伸缩量随磁场的变化关系。
图1 磁致伸缩测量原理图
测量条件
磁场强度：0-60T
测量温度：1.5-250K(氦四)
测量精度：ΔL/L~10-5 (沿磁场方向)
样品形貌：单晶、陶瓷
样品尺寸：面积< 4mmÍ4mm
图2 磁致伸缩样品装配方法图
典型数据
磁致伸缩由物质中原子或离子的自旋与轨道的耦合作用产生，是自旋与轨道耦合能和物质的弹性能趋近平衡过程的外在表现。一般认为，磁致伸缩现象伴随于铁磁或亚铁磁材料在居里点以下的自发磁化。样品在自发磁化过程中形成大量磁畴，原子磁矩的交换作用使得原子间距发生变化，引起晶格发生形变。图3显示了蜂窝状反铁磁材料Co4Nb2O9在脉冲强磁场下的磁致伸缩效应。
图3 Co4Nb2O9的磁致伸缩效应
相关文献
1. Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2110509, Xiao-Dong Zhang, et al.
2. Phys. Rev. B 107, 014412 (2023), Yuting Chang et al.
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杨明(Email: ming_yang#hust.edu.cn，#换成@)
