Từ kế mẫu rung là thiết bị quan trọng và phổ biến cho các phép đo từ tổng cộng M của một mẫu vật liệu từ trong từ trường ngoài. Sơ đồ minh hoạ hệ đo từ kế mẫu rung được trình bày trên hình 2.15. Từ kế mẫu rung hoạt động trên nguyên tắc của hiện tượng cảm ứng điện từ. Sự biến thiên từ thông qua cuộn dây cảm ứng gây bởi sự dịch chuyển của mẫu. Mẫu đo được gắn vào một thanh rung không có từ tính, và được đặt vào một vùng từ trường đều tạo bởi hai cực của nam châm điện. Mẫu là vật liệu từ nên trong từ trường thì nó được từ hóa và tạo ra từ trường cảm ứng. Khi mẫu được rung với tần số nhất định, từ thông do mẫu tạo ra qua cuộn dây thu tín hiệu sẽ biến thiên và sinh ra suất điện động cảm ứng V, có giá trị tỉ lệ thuận với momen từ M
của mẫu:
V ~ 4 πnSM
với M là momen từ của mẫu đo, S là tiết diện vòng dây, n là số vòng dây của cuộn dây thu tín hiệu.
Trong các hệ từ kế phổ thông, người ta sử dụng cặp cuộn dây pick-up (pick-up coil) để thu tín hiệu. Đây là hệ hai cuộn dây đối xứng nhau được cuốn ngược chiều trên lõi là một vật liệu từ mềm.
Nam châm điện trong từ kế cũng là một bộ phận quan trọng để tạo ra từ trường từ hóa vật liệu cần đo. Nếu nam châm điện là cuộn dây tạo từ trường bằng dòng điện một chiều ổn định, thì từ trường tạo ra là một chiều ổn định, nhưng thường không lớn do bị hạn chế bởi từ độ bão hòa của lõi thép và cuộn dây một chiều không thể cho dòng điện
lớn chạy qua (sẽ tỏa rất nhiều nhiệt). Loại nam châm kiểu này chỉ sử dụng từ trường cực đại cỡ xung quanh một vài Tesla.
Ta có thể tạo ra từ trường lớn bằng cách sử dụng từ trường xung. Tức là dùng một dòng điện lớn dạng xung phóng qua cuộn dây, để tạo từ trường lớn tới hàng chục Tesla trong một thời gian ngắn. Tuy nhiên, phương pháp thu nhập và xử lý tín hiệu sẽ phức tạp hơn do thời gian của từ trường ngắn.
Hình 2.15. Sơ đồ hệ đo từ kế mẫu rung VSM
Hệ từ kế mẫu rung dùng trong luận văn là hệ VSM LakeShore 7404 (Lakeshore, USA) đặt tại Phòng Thí nghiệm Công nghệ micro và nano, trường Đại học Công Nghệ (hình 2.16). Từ độ của mẫu được đo tại nhiệt độ phòng với từ trường ngoài đặt theo các phương song song, 45o và vuông góc với mặt phẳng mẫu với từ trường tối đa là 10 kOe. Các thông số của mẫu thu được qua hệ đo VSM như từ độ bão hòa MS, độ từ dư Mr, lực kháng từ Hc…