中国现代教育装备
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 教育科技  
基于Unity 3D自旋磁矩共振虚拟仿真实验设计与实现
来源:《中国现代教育装备》杂志 时间:2022-6-23 9:34:49
  [导读]自旋磁矩共振属于磁学专业实验范畴,基于Unity 3D,利用矢量网络分析仪,设计了虚拟仿真实验,用于研究软磁薄膜材料中的电子自旋磁矩随外部交变磁场的动态响应机理,分别从实验原理、物理模型、实验步骤、数据分析等方面进行了论述。该虚拟仿真实验具有强大的数据运算及结果处理功能,不仅能仿真正确的测试过程,而且对很多错误的操作也给出了相应的结果输出。其有效缓解了实验室压力,还可惠及由于缺少设备而无法开展实验的高校。

  核磁共振实验主要关注的是微波对原子核磁矩的影响,然而近年来随着自旋电子学和微电子集成电路技术的发展,越来越多的工作瞄准高频软磁薄膜在微波和磁场的变化下对其自旋动力学过程的影响,因而从理论上结合著名的 Landau-Lifshitz-Gilbert(LLG)方程,对不同磁性系统深入理解GHz频段磁谱特性如何人工可控调制至关重要。

  核磁共振实验主要基于矢量网络分析仪,然而由于其成本较高,设备和连接装置也极易损坏,无法达到大规模教学开发及让学生真正操作的目的,因而对该实验进行虚拟仿真教学。这样既节约成本、操作灵活、安全性高、打破空间和时间限制,又有利于调动学生积极性,加深其对抽象物理图形的理解。本文将分别从模型建立、测试原理分析、虚拟仿真设计与实现进行详细论述。

  1 自旋磁矩共振模型

  2 基于Unity 3D虚拟仿真实验设计与实现

  3 结语

  本文基于Unity 3D仿真了自旋磁矩共振实验,利用虚拟仿真具有低成本、灵活性高、容纳性强、安全度高、不易造成仪器损坏等特点,实现让每个学生都有机会进行复杂仪器操作的目的。该虚拟仿真实验具有很好的仿真性、设计性、交互性,从而达到与真实操作几乎一样的感受。其突破时间和空间的限制,让更多的学生了解科学前沿高精尖的设备,开阔眼界、提升学生动手能力、激发学生创新思维。该虚拟仿真实验不仅可以有效缓解实验室压力,还可惠及由于缺少设备而无法开展实验的高校,让更多想要了解相关信息的科研人员随时随地通过网络来完成实验,提高资源共享、提升科研能力、促进科研合作。

  参考文献

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  [2] 杜玉宝,孙淑强,亓文涛.虚拟仿真实验教学信息化平台的建设与思考[J].中国现代教育装备,2016(17):26-28.

  [3] 杨东侠,刘安平,韩忠,等.核物理虚拟仿真实验教学平台搭建:基于开放式实验教学[J]. 物理与工程,2018(5):106-109,113.

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李喜玲1,2,3 王振坤2 柴国志1,3 王心华2 王建波1,3

1.兰州大学磁学与磁性材料教育部重点实验室

2.兰州大学物理学国家级实验教学示范中心

3.兰州大学特殊功能材料与结构设计教育部重点实验室


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