[实用新型]一种用于测量磁性分子团簇的磁矩的磁强计

说明书

技术领域

本实用新型涉及微纳系统领域和磁探测领域，尤其是一种可以直接测量铁磁性分子团簇的磁矩、甚至可以对单个微尺度铁磁性颗粒、被大量非磁性样品包裹的磁性颗粒以及其他不规则结构等进行磁矩测量的一种用于测量磁性分子团簇的磁矩的磁强计。

背景技术

通常情况下，宏观尺度的磁强计用于估计块状或粉末状材料的磁性，测得的块状材料的磁性，结合上测得的材料颗粒的体积，用于估计材料颗粒的磁矩，但是这种方法容易产生错误，首先，块状材料中单个颗粒的磁化并非与整体的磁化一致，其次，微尺度颗粒的体积不容易精确估算出来，特别是其有不规则几何结构的情况下。

为了克服上述缺陷，科学家们发明了一些适用于单个磁性颗粒的磁强计，包括使用霍尔器件以及使用磁力显微镜等技术，这些磁强计在测量单个颗粒的磁矩时比传统的磁强计有更高的精度，但是也受到不少条件的限制，比如，在使用霍尔器件的情况，必须精确地知道颗粒的几何构型才能最终确定颗粒的磁矩，而且，这个方法不能用于测量被大量非磁性样品包裹的磁性颗粒的磁矩。又比如，在磁力显微镜的情况，其中一种技术是将一个未知磁矩的磁性颗粒附着于一个硅制的微悬臂上，通过测量微悬臂在交流磁场梯度中的振动来估算颗粒的磁矩；在另一种技术中，一个磁性的针尖附着于一个硅制微悬臂上，通过测量此微悬臂在与某个未知磁矩的相互作用过程中的形变来估算未知磁矩。由于附着于悬臂的磁矩通常都非常小，并且在某一个具体实验中这个磁矩的大小是不可变的，从而限制了可测磁矩的范围，并且导致了磁矩的估算是与颗粒和感应器之间距离相关的一个非线性方程，再者，上述颗粒和感应器之间距离并不能精确地估算，所以这个方法容易产生较大误差。

柔性机构(Compliant Mechanism)的概念是在1968年由Buens和Crossley提出的，一般是指通过其部分或全部具有柔性的构件变形而产生位移，传动力的机械结构，相对于传统的刚性结构而言，柔性结构具有以下优点：一是低成本；二是无需铰链或轴承，运动和力的传递是利用组成它的的某些或全部构件的变形来实现；三是无摩擦、磨损，无效行程小，可实现高精度运动，提高寿命；四是可存储弹性能，自身具有回程反力；五是易于小型化和大批量生产；六是易于和其他非机械动力相匹配。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种可直接测量铁磁性分子团簇的磁矩的磁强计，通过一个具有柔性机构的微尺度的力感应器与分子团簇作用并产生偏转，反映出磁力的相互作用，并且能够测量分子团簇的磁矩。

本实用新型所采用的技术方案是：

所述一种用于测量磁性分子团簇的磁矩的磁强计主要包括激光器、显微镜、平面镜、力感应器、微位移平台、亥姆霍兹线圈、透镜、四象限光电探测器、基于光线偏向的测量系统、控制系统、样品台、磁性分子团簇、微型反射器、一对梁、微型开口环、基于螺线管的源磁场，所述四象限光电探测器、基于光线偏向的测量系统、控制系统、微位移平台依次电缆连接，所述力感应器、亥姆霍兹线圈均与控制系统连接，所述基于光线偏向的测量系统所得的数据输出至所述控制系统，所述力感应器的电流大小、亥姆霍兹线圈的电流大小、微位移平台的移动均由控制系统来控制，所述显微镜位于所述平面镜上方，通过所述显微镜来观察所述力感应器和所述待测磁性分子团簇之间的位置，所述平面镜固定于所述亥姆霍兹线圈上方位置，所述亥姆霍兹线圈和所述样品台均为固定，所述力感应器位于所述样品台上方、且均位于所述亥姆霍兹线圈之间，所述一对梁通过长方形电极与衬底上的覆铜电路焊接、且工作时电流为I，所述磁强计特有的所述磁性分子团簇磁矩的计算公式为由此可知，磁矩的测量无需确定所述力感应器和所述磁性分子团簇之间的绝对距离，磁矩的测量范围可以通过改变所述力感应器的电流来实现；

所述力感应器包括一个半径为R的微型开口环、所述微型开口环开口处的所述一对梁和连接于所述微型开口环圆弧端的所述微型反射器，调节所述微位移平台使所述力感应器移动，将所述微型开口环置于待测的所述磁性分子团簇上方一定距离z₀处，所述控制系统对所述力感应器加电流I，所述微型开口环与所述磁性分子团簇之间的磁力使所述力感应器形变而产生z_c的偏差，z_c反映出磁力的相互作用力，因此所述控制系统运用上述磁矩计算公式对实验中测得的数据进行处理后，能够得出所述磁性分子团簇的磁矩。