一种磁性颗粒等效磁矩测量方法及标准样品技术

本发明专利技术公开了一种磁性颗粒等效磁矩测量方法及标准样品，涉及精密弱力测量领域；方法包括：测量磁性颗粒与标准样品之间的磁相互作用引起的磁性颗粒所在探针共振频率的改变量；所述标准样品包括磁性薄膜块阵列；所述探针包括悬臂梁和磁性颗粒，悬臂梁作为弱力传感器，当悬臂梁受到磁性颗粒与标准样品之间磁力的作用时，探针的共振频率发生改变；基于探针共振频率改变量与磁性颗粒等效磁矩之间的函数关系拟合得到磁性颗粒的等效磁矩

【技术实现步骤摘要】
一种磁性颗粒等效磁矩测量方法及标准样品


[0001]本专利技术属于精密弱力测量领域，更具体地，涉及一种磁性颗粒等效磁矩测量方法及标准样品
。

技术介绍

[0002]在生物医药
、
磁流体
、
催化作用
、
核磁共振成像
、
数据储存
、
精密测量和环境保护等现代科学与
被广泛应用的微纳磁性颗粒，因其具有一系列独特且优越的物理和化学性质，近年来得到十分迅速的发展
。
但是这类磁性粒子的几何尺寸一般来说均在微米及以下量级，这就导致了它们的磁矩非常小，要想准确测量单个磁性粒子的磁矩非常困难
。
[0003]然而磁性材料的磁矩是衡量其性能的一个非常重要的指标，虽然目前市面上存在着许多的磁测量仪器，比如：振动样品磁强计
(Vibrating Sample Magnetometer
，
VSM)、
磁光克尔显微镜
、
原子磁力计
、
超导量子干涉仪
(Superconducting Quantum Interference Device
，
SQUIDs)
等等，但当前测量精度最高的商用磁测量仪器
‑
超导量子干涉仪
(SQUIDs)
的探测灵敏度也仅能达到，而对于单个几何尺寸在微米量级以下的磁性颗粒，其磁矩通常在以下，故现有市面上的磁测量仪器无法探测微米量级及微米量级以下的磁性颗粒的磁矩
。

技术实现思路

[0004]针对现有磁测量水平的瓶颈，本专利技术提出了一种磁性颗粒等效磁矩测量方法及标准样品，旨在解决现有技术无法探测微米量级及微米量级以下磁性颗粒磁矩的问题
。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种磁性颗粒等效磁矩测量方法，包括：测量磁性颗粒与标准样品之间的磁相互作用引起的磁性颗粒所在探针共振频率的改变量；所述标准样品包括磁性薄膜块阵列；所述探针包括悬臂梁和磁性颗粒，悬臂梁作为弱力传感器，当悬臂梁受到磁性颗粒与标准样品之间磁力的作用时，探针的共振频率发生改变；确定磁性颗粒与标准样品之间的磁力与标准样品的磁化强度
、
磁性颗粒的等效磁矩
、
磁性颗粒与标准样品之间的距离和相对位置矢量之间的关系；之后基于探针共振频率改变量与所述磁力的关系拟合得到磁性颗粒的等效磁矩
。
[0006]可以理解的是，可以根据待测磁性颗粒的磁性能选择合适的磁性材料进行标准样品制备，根据待测磁性颗粒的几何尺寸，进行标准样品图形结构的优化设计，再通过微加工的方式制备得到标准样品，以便标准样品和磁性颗粒之间产生磁力，导致探针的共振频率改变，以此测量得到磁性颗粒的磁矩
。
[0007]需要说明的是，弱力传感器指的是悬臂梁受到外界微弱力作用后会发生形变，通过测量悬臂梁的位移变化和
/
或悬臂梁共振频率的变化，可给出悬臂梁受到的外界干扰力和
/
或干扰力梯度的变化
。
[0008]在一种可能的实现方式中，所述磁性颗粒与标准样品之间的磁力为：
[0009][0010]其中，为磁性颗粒的等效磁矩，为标准样品的磁化强度，为标准样品的体积元，为磁性颗粒与标准样品的距离，为磁性颗粒与标准样品相对位置的单位矢量，为磁性颗粒到标准样品的距离，为真空中的磁导率
。
[0011]在一种可能的实现方式中，所述探针共振频率改变量为：
[0012][0013]其中，为探针的本征共振频率，为探针的弹性系数
。
[0014]在一种可能的实现方式中，所述标准样品中磁性薄膜块材料具有垂直磁各向异性
。
[0015]可以理解的是，磁性薄膜材料除了垂直磁各向异性还有面内磁各向异性，即在表现为在磁性薄膜块的某个平面或者界面内的磁各向异性
。
[0016]在一种可能的实现方式中，所述标准样品中磁性薄膜块材料的剩磁比大于预设比例
。
[0017]通常情况下，剩磁比可以大于
80%
‑
90%
，甚至在
100%。
[0018]在一种可能的实现方式中，所述标准样品中每个磁性薄膜块的最大边长不大于磁性颗粒的直径，和
/
或相邻两个磁性薄膜块之间的距离不小于磁性颗粒直径的预设比例
。
[0019]需要说明的是，理论上相邻两个磁性薄膜块之间的距离应当不小于磁性颗粒的直径；但是由于本专利技术的标准样品采用微加工方式，其加工误差不可忽略，实际应用中相邻磁性薄膜块之间距离可能略微小于磁性颗粒直径，与其直径尺寸相当，即磁性薄膜块之间距离小于磁性颗粒直径幅度在预设幅度范围内
。
故，本专利技术中限定相邻两个磁性薄膜块之间的距离不小于磁性颗粒直径的预设比例，以将加工误差考虑在内
。
[0020]在一种可能的实现方式中，通过如下步骤产生所述磁力：控制磁性颗粒在距离标准样品表面的高度一定时沿着水平横向和
/
或水平纵向方向运动，以产生磁性颗粒与标准样品之间磁力的变化
。
[0021]在一种可能的实现方式中，所述磁性颗粒的直径在微米及微米以下量级
。
[0022]本专利技术通过将标准样品的尺寸按照磁性颗粒的几何尺寸进行设计，且选择合适的标准样品材质，使得标准样品和磁性颗粒之间能够产生空间周期调制的磁力
。
[0023]第二方面，本专利技术提供了一种用于磁性颗粒等效磁矩测量的标准样品，所述标准样品包括磁性薄膜块阵列；所述标准样品用于与磁性颗粒之间产生空间周期性变化的磁力，使得磁性颗粒所在探针的共振频率发生改变，以便确定磁性颗粒与标准样品之间的磁力与标准样品的磁化强度
、
磁性颗粒的等效磁矩
、
磁性颗粒与标准样品之间的距离和相对位置矢量之间的关系后，基于探针共振频率改变量与所述磁力的关系拟合得到磁性颗粒的等效磁矩
。
[0024]在一种可能的实现方式中，所述标准样品中磁性薄膜块材料具有垂直磁各向异
性，和
/
或所述标准样品中磁性薄膜块材料的剩磁比大于预设比例
。
[0025]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：本专利技术提供一种磁性颗粒等效磁矩测量方法及标准样品，基于磁性颗粒的参数设计标准样品，使得磁性颗粒与标准样品之间产生磁力，并使用悬臂梁作为弱力传感装置，以测量粘在悬臂梁末端上的磁性颗粒与标准样品之间的磁力导致的探针共振频率的变化，基于实验测量数据，采用多元线性回归方法拟合得到磁性颗粒的等效磁矩矢量，为测量磁性颗粒的磁矩提供了一种方法
。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例提供的磁性颗粒等效磁矩测量方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的磁性颗粒等效磁矩测量的实验原理示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种磁性颗粒等效磁矩测量方法，其特征在于，包括：测量磁性颗粒与标准样品之间的磁相互作用引起的磁性颗粒所在探针共振频率的改变量；所述标准样品包括磁性薄膜块阵列；所述探针包括悬臂梁和磁性颗粒，悬臂梁作为弱力传感器，当悬臂梁受到磁性颗粒与标准样品之间磁力的作用时，探针的共振频率发生改变；确定磁性颗粒与标准样品之间的磁力与标准样品的磁化强度
、
磁性颗粒的等效磁矩
、
磁性颗粒与标准样品之间的距离和相对位置矢量之间的关系；之后基于探针共振频率改变量与所述磁力的关系拟合得到磁性颗粒的等效磁矩
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁性颗粒与标准样品之间的磁力为：其中，为磁性颗粒的等效磁矩，为标准样品的磁化强度，为标准样品的体积元，为磁性颗粒与标准样品的距离，为磁性颗粒与标准样品相对位置的单位矢量，为磁性颗粒到标准样品的距离，为真空中的磁导率
。3.
根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述探针共振频率改变量为：其中，为探针的本征共振频率，为探针的弹性系数
。4.
根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述标准样品中磁性薄膜块材料具有垂直磁各向异性
。5.
根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述标准样品中磁性薄膜块材料的剩磁比大于预设比例
。6.
根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王倩，罗鹏顺，罗锐，路豫，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：