磁場微分検出を用いたベクターネットワークアナライザ強磁性共鳴測定装置の開発

摘要

各種高速磁気デバイスの開発において、磁化ダイナミクスの理解は不可欠であり、その為に行われる最も一般的な測定は、強磁性共鳴(FMR)である。FMR測定には従来電子スピン共鳴(ESR)測定装置が用いられてきた。ESR測定装置は、マイクロ波をキャビティ共振器に導入し、その中に置かれたサンプルのマイクロ波吸収をモニターする。この方式では励起周波数はキャビティ共振器の共振周波数で決まってしまうため、磁化ダイナミクスの周波数依存性を測る事は出来ない。このため近年では、広帯域でFMR測定を行う事が出来る、ベクターネットワークアナライザ強磁性共鳴(VNA-FMR)測定装置が使われてきている。VNA-FMRでは、平面導波路(CPW)上に磁性サンプルを配置し、CPWにマイクロ波を注入して透過係数(S_(21))を測定しつつバイアス磁場を掃引する。FMR共振条件が満たされると、磁性体の共振によりマイクロ波が吸収されるので、それをS_(21)の変化として測定する。しかしながら、この方式ではFMR共振に伴うS_(21)変化が、VNAのSパラメータ測定の感度揺らぎ（トレースノイズ)より小さくなると、信号がトレースノイズに埋もれてしまい測定出来なくなってしまうという問題があった。この問題を解決する為、我々は従来のVNA-FMRに磁場微分検出法を組み合わせ、測定感度の向上を試みた。