VSM-Messungen – Magnetisches Moment unabhängig von der Probengeometrie

Die gängigste Methode das magnetische Moment eines Stoffes zu bestimmen ist das Vibrationsmagnetometer. Hierbei vibriert die Probe in einem Gradiometer, üblicherweise bei angelegtem Magnetfeld. Das System misst den im Gradiometer induzierten Strom und rechnet daraus auf das magnetische Dipolmoment zurück. Da die Kopplung zwischen Probe und Gradiometer von der Probengeometrie abhängt, enthält die Rechnung einen geometrieabhängigen Fehler, welcher auch von der Amplitude der Probenbewegung beeinflusst wird. Je größer die Probe im Verhältnis zum Volumen des Gradiometers, desto größer der Fehler. Diese kann für manche Geometrien 10% und mehr betragen. Es ist nicht einfach diese Abweichung zu korrigieren, insbesondere für unregelmäßige Probenformen. Auch bei gängigen Formen wie Zylinder oder Kubus ist die Rechnung nicht trivial, da nicht nur die Form der Probe an sich, sondern auch ihr radialer Offset zum Zentrum des Gradiometers eine Rolle spielt.
Der übliche Weg zum Herausrechnen des Geometrie-Anteils ist die Anwendung eines Korrekturfaktors. Im MPMS3 SQUID-Magnetometer von Quantum Design kann dieser z.B. durch die Software errechnet werden, wenn Geometrie (Zylinder, Quader, Dünnfilm), Maße und radialer Offset bekannt sind. In der Praxis ist insbesondere der radiale Offset nicht leicht zu messen.

Die Forschergruppe um Prof. Amaral von der Universität Aveiro in Portugal hat kürzlich eine Methode veröffentlicht, mit der geometrieunabhängige magnetische Messungen möglich sind [1]. Hierfür kombinieren sie die VSM mit der DC-Scan-Messtechnik. Letztere funktioniert ähnlich wie ein VSM, jedoch wird die Probe lediglich einmal durch das Gradiometer gezogen, anstatt sie mit einem Sinus schwingen zu lassen. Für jedes Paar von VSM-Amplitude und DC-Scanlänge gibt es eine definierte Korrekturfunktion α(x), wobei x das Verhältnis von der VSM-Messung MVSM zur DC-Messung MDC beschreibt:
x=(MVSM-MDC)/MVSM. Sind beide Messwerte bekannt, kann das Ergebnis des magnetischen Moments leicht korrigiert werden. Diese sogenannte GICM (geometry independent correction method) ist unabhängig von Feldstärke, Temperatur, radialem Offset und Geometrie.
Im MPMS3 können VSM- und DC-Messung ohne Hardwarewechsel nacheinander durchgeführt werden.

[1] C O Amorim et al 2021 Meas. Sci. Technol. 32 105602

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