o p p o s i t e d i r e c t i o n t o n e g a t i v e ( o r p o s i t i v e ) s a t u r a t i o n ( b l u e b r a n c h i n F i g u r e 1 ) . F i n a l l y , t h e fi e l d i s sw e p t b a c k t o p o s i t i v e ( o r n e g a t i v e ) s a t u r a t i o n t o c om p l e t e t h e l o o p ( r e d b r a n c h i n F i g u r e 1 ) . T h e sw e e p f r om p o s i t i v e t o n e g a t i v e s a t u r a t i o n i s t e rm e d t h e u p p e r b r a n c h a n d t h e sw e e p f r om n e g a t i v e t o p o s i t i v e s a t u r a t i o n i s t e rm e d t h e l ow e r b r a n c h ( F i g u r e 1 ) . U n d e r i d e a l i z e d c o n d i t i o n s a n d f o r m o s t s p e c im e n s o f n a t u r a l m a t e r i a l , t h e u p p e r a n d l ow e r b r a n c h e s a r e i n v e r s e ( r o t a t i o n ) s ymm e t r i c a r o u n d t h e o r i g i n . T h a t i s , a n y p o i n t ( B i , M i ) o n a l o o p c a n b e i n v e r t e d a r o u n d t h e o r i g i n t o ( B i , M i ) , a n d l i e e x a c t l y o n t h e o p p o s i t e b r a n c h . T h e r e a r e , o f c o u r s e , p h y s i c a l r e a s o n s w h y a h y s t e r e s i s l o o p m a y n o t b e c e n t e r e d a n d s ymm e t r i c a b o u t t h e o r i g i n ( e . g . , H a r r i s o n e t a l . , 2 0 0 7 ; H o u s e n e t a l . , 1 9 9 6 ) , b u t f o r m o s t g e o l o g i c a l m a t e r i a l s i t i s r e a s o n a b l e t o a s s um e o r i g i nc e n t e r e d s ymm e t r y , a n d d e v i a t i o n s f r om s ymm e t r y c a n t h e n b e a t t r i b u t e d t o u n d e s i r a b l e f a c t o r s s u c h a s m e a s u r em e n t n o i s e , d r i f t , a n d / o r o f f s e t s .

G i v e n t h e i n v e r s e s ymm e t r y e x p e c t e d f o r g e o l o g i c a l m a t e r i a l s , w h e n t h e l ow e r b r a n c h o f a n o i s e -f r e e h y s t e r e s i s l o o p i s i n v e r t e d a b o u t t h e o r i g i n i t w i l l l i e e x a c t l y o n t h e u p p e r b r a n c h . I n p r a c t i c e , h ow e v e r , t h e m a t c h i s r a r e l y e x a c t a n d t h e d i f f e r e n c e b e tw e e n t h e u p p e r a n d i n v e r t e d l ow e r b r a n c h c a n b e v i ew e d a s a n e s t im a t e o f t h e n o i s e o f a h y s t e r e s i s m e a s u r em e n t . T h i s i s t h e e r r ( H ) c u r v e o f J a c k s o n a n d S o l h e i d ( 2 0 1 0 ) , h e r e i n s im p l y c a l l e d t h e n o i s e c u r v e . A b a s i c h y s t e r e s i s l o o p c a n b e f u r t h e r p r o c e s s e d i n t o r em a n e n c e a n d i n d u c e d h y s t e r e t i c c u r v e s ( R i v a s e t a l . , 1 9 8 1 ; v o n D o b e n e c k , 1 9 9 6 ; F i g u r e 1 ) . T h e r em a n e n c e h y s t e r e t i c c u r v e ,M r h , i s h a l f t h e d i f f e r e n c e b e tw e e n t h e u p p e r a n d l ow e r h y s t e r e s i s b r a n c h e s , w h i l e t h e i n d u c e d h y s t e r e t i c c u r v e ,M i h , i s h a l f t h e s um o f t h e u p p e r a n d l ow e r h y s t e r e s i s b r a n c h e s . L i k e a b a s i c h y s t e r e s i s l o o p , b o t h M r h a n dM i h h a v e e x p e c t e d s ymm e t r i e s : r e fl e ct i o n s ymm e t r y a b o u t t h e v e r t i c a l a x i s a n d r o t a t i o n s ymm e t r y a b o u t t h e o r i g i n , r e s p e c t i v e l y .

3 . M e a s u r i n g a H y s t e r e s i s L o o p R e g a r d l e s s o f t h e s o p h i s t i c a t i o n o f d a t a p r o c e s s i n g a n d a n a l y s i s , l ow -q u a l i t y d a t a w i l l a lw a y s y i e l d l ow -q u a l i t y r e s u l t s . I n t h i s s e c t i o n , w e b r i e fl y o u t l i n e s om e c omm o n a r t i f a c t s i n h y s t e r e s i s l o o p d a t a a n d s im p l e a p p r o a c h e s f o r im p r o v i n g t h e m e a s u r em e n t q u a l i t y o f a h y s t e r e s i s l o o p . T h e s e g u i d e l i n e s a r e p a r t i c u l a r l y a im e d a t P r i n c e t o n M e a s u r em e n t s C o r p o r a t i o n M i c r oM a g 3 9 0 0 v i b r a t i n g s am p l e m a g n e t om e t e r s ( V SM s ; n ow ow n e d b y L a k e S h o r e C r y o t r o n i c s , I n c . ) a s t h e s e a r e t h e m o s t w i d e l y u s e d i n s t r um e n t s i n t h e r o c k m a gn e t i c c omm u n i t y a n d a r e t h e o n e s w i t h w h i c h w e h a v e m o s t e x p e r i e n c e . N e v e r t h e l e s s , t h e b a s i c i d e a s b e h i n d t h e s e r e c omm e n d a t i o n s a r e a p p l i c a b l e t o a w i d e r a n g e o f e q u i pm e n t c a p a b l e o f m e a s u r i n g m a g n e t i c h y s t e re s i s l o o p s . S im i l a r l y , m a n y o f t h e s e r e c omm e n d a t i o n s c a n b e u s e d t o im p r o v e d a t a f o r o t h e r m e a s u r em e n t s t h a t c a n b e p e r f o rm e d o n t h e s e t y p e s o f i n s t r um e n t s ( e . g . , i s o t h e rm a l r em a n e n t a c q u i s i t i o n c u r v e s , o r fi r s to r d e r r e v e r s a l c u r v e s ) .

M o s t V SM s h a v e a n um b e r o f s e t t i n g s t h a t c a n b e u s e d t o im p r o v e t h e s i g n a l -t o -n o i s e r a t i o ( S N R ) o f a h y s t e re s i s l o o p . T h i s i n c l u d e s t h e p h y s i c a l s e t u p o f t h e e x p e r im e n t s s u c h a s t h e s i z e o f t h e s p e c im e n a n d t h e s p ac i n g b e tw e e n t h e s e n s i n g / p i c k u p c o i l s ( p o l e g a p ) , a s w e l l a s s o f tw a r e a n d m e a s u r em e n t p r o t o c o l s e t t i n g s s u c h a s t h e m e a s u r em e n t a v e r a g e t im e , t h e fi e l d sw e e p m o d e , fi e l d s t a b i l i z a t i o n t im e , a n d a v e r a g i n g m u l t i p l e l o o p s . T h e t r a d e -o f f f o r m e a s u r i n g a h i g h e r -q u a l i t y l o o p , h ow e v e r , i s a l o n g e r m e a s u r em e n t t im e p e r s p e c im e n , w h i c h m a y r e s u l t i n l a r g e r d r i f t d u r i n g m e a s u r em e n t o f a s i n g l e l o o p .

O n e o f t h e m o s t o b v i o u s a p p r o a c h e s t o i n c r e a s e t h e m om e n t s i g n a l o f a h y s t e r e s i s l o o p i s t o m e a s u r e a l a r g e r s p e c im e n . F o r a s p e c im e n w i t h u n i f o rm l y c o n c e n t r a t e d m a g n e t i c p a r t i c l e s , i n c r e a s i n g t h e v o l um e b y a f a c t o r ni n c r e a s e s t h e m a g n e t i c m om e n t b y a f a c t o r n . A t y p i c a l V SM s p e c im e n i s a sm a l l c y l i n d r i c a l c o r e o r g e l c a ps u l e s p e c im e n w i t h a d i am e t e r o f 4 -5 mm a n d h e i g h t o f 5 -6 mm ( v o l um e≈0 . 1 2 5 cm 3 ) . F o r w e a k l y m a g n et i z e d m a t e r i a l s ( e . g . , c a r b o n a t e s e d im e n t o r c h e r t ) , h ow e v e r , t h i s s i z e m a y n o t b e s u f fi c i e n t t o o b t a i n d a t a o f s u f fi c i e n t q u a l i t y f o r a n a l y s i s . T o p r o d u c e a m om e n t i n c r e a s e o f a f a c t o r 1 0 r e q u i r e s i n c r e a s i n g s p e c im e n d im e n s i o n s b y a f a c t o r o f 2 . 1 5 ffi ffi ffi ffi ffi 1 0 3 p Þt o a s i z e o f 1 1 mm ( v o l um e ≈ 1 . 3 cm 3 ) . A l im i t i n g f a c t o r w i t h i n c r e a s i n g s p e c im e n s i z e i s t h e s p e c im e n m a s s . A t y p i c a l V SM h a s a m a s s l im i t a t i o n o n t h e o r d e r o f 1 0 g a n d s p e c im e n s t h a t a r e h e a v i e r t h a n t h i s m a y i n t r o d u c e n o i s e t o t h e v i b r a t i o n s y st em a n d , u l t im a t e l y , c a n l e a d t o f a i l u r e o f t h e v i b r a t i o n m e c h a n i sm o r d am a g e t h e s y s t em a n d i n t r o d u c e a p e rm a n e n t a n d u n d e s i r a b l e s o u r c e o f n o i s e . F o r a t y p i c a l l i t h i fi e d s e d im e n t w i t h a d e n s i t y o f 2 . 2 -2 . 8 g / cm 3 , t h i s m a s s r e s t r i c t i o n c o r r e s p o n d s t o a m a x im um v o l um e o f 3 . 5 -4 . 5 cm 3 , o r a n e q u i d im e n s i o n a l s i z e o f 1 5 -1 7 mm -a f a c t o r 4 0 -5 0 i n c r e a s e i n m om e n t c om p a r e d t o t h e t y p i c a l 4 -t o 5 -mm s p e c im e n . F o r p ow d e r e d s p e c im e n s , l a r g e r v o l um e s c a n b e u s e d ( l ow e r -d e n s i t y m a t e r i a l ) , o r t h e p ow d e r c a n b e m o r e t i g h t l y c om p r e s s e d t o i n c r e a s e t h e m e a s u r a b l e m a s s , b u t p a c k i n g t o o t i g h t l y m a y i n t r o d u c e u nw a n t e d m a g n e t o s t a t i c i n t e r a ct i o n s ( C h e n e t a l . , 2 0 0 5 ) . A c a v e a t t o i n c r e a s i n g s p e c im e n s i z e i s t h a t t h i s l im i t s t h e m i n im um d i s t a n c e b e tw e e n t h e p i c k u p c o i l s u s e d t o m e a s u r e t h e s p e c im e n m om e n t -a l a r g e r s p e c im e n r e q u i r e s a l a r g e s p a c i n g , w h i c h r e d u c e s t h e o v e r a l l m om e n t s e n s i t i v i t y o f t h e s y s t em .

M o s t V SM s y s t em s h a v e a d j u s t a b l e s p a c i n g b e tw e e n t h e p i c k u p c o i l s u s e d t o d e t e c t t h e m a g n e t i c m om e n t o f a s p e c im e n , k n ow n a s t h e p o l e o r a i r g a p . T h i s a d j u s tm e n t n o t o n l y a l l ow s f o r v a r i a b l e s i z e s o f s p e c im e n s t o b e m e a s u r e d b u t a l s o o f f e r s h i g h e r m om e n t s e n s i t i v i t y a s w e l l a s h i g h e r a p p l i e dfi e l d s f o r sm a l l e r p o l e g a p s . P o l e g a p s c a n t y p i c a l l y r a n g e f r om 3 . 5 mm t o 2 5 mm , a n d a l t h o u g h sm a l l e r a n d l a r g e r g a p s a r e p o s s i b l e , t h e y p r e s e n t p r o b l em s i n t h e f o rm o f p h y s i c a l i n t e r f e r e n c e w i t h s p e c im e n h o l d e r s a n d p r a c t i c a l l im i t s o n m om e n t s e n s i t i v i t y , r e s p e c t i v e l y . I n F i g u r e 2 w e r e p l o t m om e n t r o o t -m e a n -s q u a r e ( RM S ) n o i s e a s a f u n c t i o n o f p o l e g a p s p a c i n g f o r t h e L a k e S h o r e 7 4 0 0 s e r i e s V SM s ( D o d r i l l , 2 0 0 1 ) . I n c r e a s i n g t h e p o l e g a p f r om 7 t o 8 mm ( t h e m i n im um g a p s u i t a b l e f o r a 4 -t o 5 -mm s p e c im e n ) t o 1 4 mm t o a c c omm o d a t e a 1 0 t im e s i n c r e a s e i n v o l um e w o u l d r e s u l t i n a 2 -4 t im e s i n c r e a s e i n t h e m om e n t n o i s e , i r r es p e c t i v e o f t h e m e a s u r em e n t a v e r a g i n g t im e . A l t h o u g h t h i s s o u r c e o f n o i s e c a n v a r y f r om s y s t em t o s y s t em , i n c r e a s i n g t h e s i z e o f t h e s p e c im e n c a n y i e l d a s t r o n g e r s i g n a l w i t h o u t a n o v e r l y l a r g e l o s s o f m om e n t s e n s i t i vi t y d u e t o a w i d e r p o l e g a p . A n a l t e r n a t i v e w a y t o im p r o v e h y s t e r e s i s s i g n a l t o n o i s e i s t o i n c r e a s e t h e m e a s u r em e n t a v e r a g i n g t im e , w h i c h i s t h e d u r a t i o n o v e r w h i c h e a c h m om e n t m e a s u r em e n t i s a v e r a g e d . T h e M i c r oM a g 3 9 0 0 V SM h a s a s am p l i n g r a t e o f o n e m e a s u r em e n t p e r 1 0 m s a n d i s c a p a b l e o f a v e r a g i n g o v e r t im e s o f 1 0 m s t o 1 0 , 0 0 0 s ( a v e r a g i n g 1 t o 1 0 6 m e a s u r em e n t s ) . I n g e n e r a l , h ow e v e r , a v e r a g i n g t im e s l e s s t h a n 1 s , m o s t c omm o n l y l e s s t h a n 5 0 0 m s , a r e s u f fi c i e n t f o r m e a s u r i n g a h y s t e r e s i s l o o p o n a t y p i c a l g e o l o g i c a l m a t e r i a l . I n F i g u r e 3 a w e s h ow a h y s t e r e s i L i k e i n c r e a s i n g t h e a v e r a g i n g t im e , a v e r a g i n g nl o o p s c om e s w i t h a f a c t o r ni n c r e a s e i n t h e t o t a l m e a s u r em e n t t im e . I t s h o u l d b e n o t e d , h ow e v e r , t h a t t o m e a s u r e t h e s e 1 6 l o o p s i n c o n t i n u o u s sw e e p m o d e w i t h 1 0 0 m s a v e r a g i n g , t o o k a p p r o x im a t e l y 7 2 0 s (w i t h 4 0 2 p o i n t s p e r l o o p ) . A s im i l a r o r s l i g h t l y l ow e r n o i s e c a n b e a c h i e v e d b y u s i n g t h e d i s c r e t e sw e e p m o d e w i t h 1 0 0 m s a v e r a g i n g a n d 3 0 0 m s s e t t l i n g t im e , w h i c h r e q u i r e s j u s t a s i n g l e l o o p m e a s u r em e n t t im e o f o n l y 2 1 0 s ( c om p a r e F i g u r e s 3 c a n d 3 f ) . A g a i n , m e a s u r i n g i n d W h e n m e a s u r i n g i n d i s c r e t e m o d e , t h e fi e l d s e t t l i n g t im e o f f e r s a n o t h e r m e a n s o f r e d u c i n g m e a s u r em e n t n o i s e . I n F i g u r e s 3 g -3 i , w e c om p a r e t h r e e l o o p s m e a s u r e d i n d i s c r e t e m o d e w i t h a n a v e r a g i n g t im e o f 2 0 0 m s a n d s e t t l i n g t im e s o f 1 0 0 , 2 0 0 , a n d 4 0 0 m s . W e o b s e r v e t h a t a f a c t o rni n c r e a s e i n s e t t l i n g t im e r e s u l t s i n a f a c t o r ñ 2 r e d u c t i o n i n t h e l o o p RM S n o i s e ( c o n fi rm e d b y a d d i t i o n a l m e a s u r em e n t s a t 1 0 0 a n d 3 0 0 m s a v e r a g i n g ) . T h i s l a r g e r e d u c t i o n i n n o i s e r a p i d l y a p p r o a c h e s t h e m a n u f a c t u r e r ' s n om i n a l m om e n t s e n s i t i v i t y o f 0 . 5 × 1 0 9 Amfoot_3 ( 1 , 0 0 0 m s a v e r a g i n g , p o l e g a p u n s p e c i fi e d ) , a n d i n o u r c o l l e c t i v e e x p e r i e n c e , s e t t l i n g t im e s o f>5 0 0 m s o f f e r l i t t l e im p r o v em e n t a t t h e e x p e n s e o f c o n s i d e r a b l y l o n g e r m e a s u r em e n t t im e s . G e n e r a l l y , s e t t l i n g t im e s o f 1 0 0 -3 0 0 m s a r e s u f fi c i e n t f o r m o s t m e a s u r em e n t s .

O v e r a l l , f o r w e a k a n d n o i s y h y s t e r e s i s l o o p s , m e a s u r i n g i n d i s c r e t efi e l d sw e e p m o d e w i t h a v e r a g i n g t im e s o f 1 0 0 -3 0 0 m s a n d s e t t l i n g t im e s o f 3 0 0 m s o f f e r s t h e b e s t b a l a n c e b e tw e e n m a x im i z i n g s i g n a l -t o -n o i s e , w h i l e m a i n t a i n i n g a r e a s o n a b l e m e a s u r em e n t t im e ( h e n c e m i n im i z i n g d r i f t ) . E a c h s p e c im e n a n d i n s t r um e n t i s , o f c o u r s e , u n i q u e , a n d e a c h m e a s u r em e n t s h o u l d b e t a i l o r e d a p p r o p r i a t e l y . F o r e x am p l e , c h i p s o f v o l c a n i c m a t e r i a l s t h a t a r e>2 -3 mm i n s i z e a r e t y p i c a l l y s t r o n g e n o u g h t o b e m e a s u r e d i n c o n t i n u o u s m o d e w i t h s h o r t ( 1 0 0 m s ) a v e r a g i n g t im e s -t h e e x am p l e i n F i g u r e 1 i s a s u c h a c h i p b u t h a s a RM S n o i s e o f 1 × 1 0 8 Am 2 ,o r <0 . 0 5% o f t h e s a t u r a t i o n m om e n t ( M s ) , w h i l e t h e e x am p l e i n

A l t h o u g h t h e s o u r c e s o f d r i f t c a n b e d i f fi c u l t t o c h a r a c t e r i z e a n d q u a n t i f y , m a n y c a n b e r e l a t e d t o t em p e r at u r e o r m e c h a n i c a l e f f e c t s . T h e rm a l f a c t o r s a r e r e l e v a n t n o t o n l y t o t h e t em p e r a t u r e o f t h e s p e c im e n s b e i n g m e a s u r e d , b u t a l s o t o t h e am b i e n t t em p e r a t u r e o f t h e r o om a n d t o t em p e r a t u r e c h a n g e s o f t h e e x p e r im e n t a l a p p a r a t u s a s t h e e x p e r im e n t s p r o c e e d . M e c h a n i c a l f a c t o r s c a n b e r e l a t e d t o t h e s o l i d i t y / f r i a b i l i t y o f t h e s p e c im e n , s p e c im e n p o s i t i o n d u r i n g m e a s u r em e n t , o r t h e p h y s i c a l m e c h a n i sm s a n d e l e c t r o n i c s o f t h e i n s t r um e n t b e i n g u s e d .

T em p e r a t u r e c h a n g e s i n t h e s p e c im e n b e i n g m e a s u r e d a r e o n e p o t e n t i a l s o u r c e o f t h e rm a l d r i f t . N o t o n l y c a n t h i s a f f e c t m e a s u r em e n t o f t h e t em p e r a t u r e d e p e n d e n c e o f m a g n e t i c p r o p e r t i e s , b u t c a n a l s o h a v e a n im p a c t o n m e a s u r em e n t s a t r o om t em p e r a t u r e d u e t o t h e t em p e r a t u r e b e tw e e n t h e p o l e p i e c e s b e i n g i n fl u e n c e d b y t h e t em p e r a t u r e o f t h e m a g n e t s . T h i s t y p e o f t h e rm a l d r i f t c a n s t r o n g l y i n fl u e n c e s p e c im e n s w i t h l a r g e p a r am a g n e t i c c om p o n e n t s s u c h a s s e d im e n t s am p l e s a n d i s m o s t l i k e l y t h e m a i n c a u s e o f e x t r em e d r i f t a n d f a i lu r e o f l o o p s c l o s e a f t e r r e t u r n t o t h e i n i t i a l s a t u r a t i o nfi e l d . T h i s t y p e o f t h e rm a l d r i f t , w h i c h w e t e rm p a r am a g n e t i c d r i f t , c a n b e d e s c r i b e d b y a s im p l e t em p e r a t u r e m o d e l o f p a r am a g n e t i c m om e n t s ( J a c k s o n & S o l h e i d , 2 0 1 0 ) . C u r i e ' s L aw s t a t e s t h a t t h e p a r am a g n e t i c m a g n e t i z a t i o n (M p ) i n a n a p p l i e dfi e l d ,B , i s i n v e r s e l y p r o p o r t i o n a l t o t em p e r a t u r e , T :

w h e r eCi s t h e C u r i e c o n s t a n t a n d μ 0 i s t h e p e rm e a b i l i t y o f f r e e s p a c e . I f t h e t em p e r a t u r e o f a s p e c im e n c h a n g e s f r om a n i n i t i a l t em p e r a t u r e o f T 0 t o t em p e r a t u r e T i , t h e p a r am a g n e t i c m a g n e t i z a t i o n a t T i c a n b e e x p r e s s e d a s

T y p i c a l l y , a s p e c im e n w i l l b e a t e q u i l i b r i um w i t T h e g r e e n l o o p i n F i g u r e 4 a i s t h e l o o p t h a t w o u l d b e m e a s u r e d i f t h e r e i s n o c h a n g e i n t h e s p e c im e n t em p e r a t u r e ( i . e . , s p e c im e n a n d am b i e n t t emp e r a t u r e s a r e t h e s am e ) . I f t h e am b i e n t t em p e r a t u r e i s i n t i a l l y a b o v e s p e c im e n t em p e r a t u r e , t h e n t h e s p e c im e n e x p e r i e n c e s w a rm i n g t ow a r d am b i e n t a n d t h e l o o p f a i l s t o c l o s e a f t e r r e t u r n i n g t o p o s i t i v e s a t u r a t i o n w i t h t h e l ow e r b r a n c h l y i n g w e l l b e l ow t h e u p p e r b r a n c h ( r e d l o o p F i g u r e 4 a ) . T h e a p p a r e n tM s v a l u e a f t e r h i g h -fi e l d s l o p e c o r r e c t i o n i s l ow e r t h a n t h e t r u e v a l u e . I f t h e s p e c im e n i s i n t i a l l y a b o v e am b i e n t t em p e r a t u r e a n d e x p e r i e n c e s c o o l i n g t ow a r d am b i e n t , t h e l ow e r b r a n c h c r o s s e s t h e u p p e r a s t h e l o o p r e t u r n s t o p o s i t i v e s a t u r a t i o n a n d e n d s w e l l a b o v e t h e u p p e r b r a n c h ( b l u e l o o p F i g u r e 4 a ) . T h e a p p a r e n tM s v a l u e , h ow e v e r , i s h i g h e r t h a n t h e t r u e v a l u e . T h i s l a c k o f c l o s u r e c a n b e q u a n t i fi e d b y a c l o s u r e e r r o r ( M c e ) , w h i c h i s t h e d i f f e r e n c e b e tw e e n t h e m om e n t s o f i n i t i a l a n d fi n a l p e a k p o s i t i v efi e l d m e a s u r em e n t s . I n b o t h c a s e sM c e i s 7 . 5% o f t h e t r u e M s v a l u e .

f e r r om a g n e t i c / f e r r im a g n e t i c c o n t r i b u t i o n , b u t a l s o o n t h e i n i t i a l t em p e r at u r e o f t h e s p e c im e n , am b i e n t t em p e r a t u r e , a s w e l l a s t h e t h e rm a l p r o p e rt i e s o f t h e s p e c im e n , w h i c h c o n t r o l ki n e q u a t i o n ( 3 ) . e l e c t r om a g n e t s ( b u t m a i n t a i n i n g a p p r o p r i a t e o p e r a t i n g t em p e r a t u r e ) . S im i l a r l y , a l l ow i n g a s p e c im e n t o t h e rm a l l y s t a b i l i z e b e f o r e m e a s u r em e n t w i l l r e d u c e d r i f t , p a r t i c u l a r l y i f t em p e r a t u r e -d e p e n d e n t h y s t e r e s i s l o o p s a r e b e i n g m e a s u r e d . E v e n f o r r o om t em p e r a t u r e m e a s u r em e n t s t h i s e f f e c t c a n b e im p o r t a n t i f t h e c o o l i n g -w a t e r t em p e r a t u r e a n d t em p e r a t u r e i n t h e m a g n e t a i r g a p d i f f e r s i g n ifi c a n t l y f r om t h e g e n e r a l r o om t em p e r a t u r e . I n s u c h c a s e s i t i s b e n e fi c i a l t o a l l ow t h e s am p l e s t o t h e rm a l l y e q u i l i b r a t e o n t h e e l e c t r om a g n e t b a s e p r i o r t o m e a s u r em e n t . F o r t h e 3 0 r e p l i c a t e s o f e a c h l o o p s h ow n i n F i g u r e s 3 a -3 c ( p l u s 3 0 r e p l i c a t e s o f t h e l o o p m e a s u r e d i n d i s c r e t e m o d e w i t h 2 0 0 m s a v e r a g i n g a n d 3 0 0 m s s e t t l i n g t im e ; a t o t a l o f 1 2 0 l o o p s ) , t h e t o t a l m e a s u r em e n t t im e f o r t h e s e 1 2 0 l o o p s w a s 2 5 0 m i n . O v e r t h i s t im e , w e o b s e r v e a n a p p r o x im a t e l y l i n e a r i n c r e a s e i nM s o f 6 . 3 × 1 0 8 Am 2 ( 2 . 4% o f t h e a v e r a g e M s v a l u e ) , w h i c h c o r r e s p o n d s t o a d r i f t r a t e o f 2 . 2 × 1 0 1 0 Am 2 / m i n ( F i g u r e 5 ) . D r i f t f o r t h e l o n g e s t i n d i v i d u a l l o o p m e a s u r em e n t s o f 2 1 0 s ( d i s c r e t e fi e l d sw e e p w i t h 2 0 0 m s a v e r a g i n g

I n s t r um e n t s f o r m e a s u r i n g h y s t e r e s i s l o o p s t y p i c a l l y h a v e n om i n a l m om e n t r a n g e s o f 1 0 1 1 -1Am 2 a n d s p e c im e n s w e a k e r o r s t r o n g e r t h a n t h i s c a n n o t b e e a s i l y m e a s u r e d . F o r a M i c r oM a g 3 9 0 0 V SM ( n om i n a l m om e n t r a n g e o f 5 × 1 0 8 t o 1 × 1 0 2 Am 2 ) , t h e m om e n t r a n g e ( s e n s i t i v i t y s e t t i n g ) h a s t o b e s e l e c t e d m a n ua l l y . T h e V SM s o f tw a r e w a r n s i f t h e r a n g e i s s e t t o o l ow f o r t h e s p e c im e n m om e n t , b u t i f m i s s e d , i n c o r r e c t m om e n t r a n g e c a n h a v e a d e t r im e n t a l im p a c t o n t h e l o o p m e a s u r em e n t . T h i s c a n e a s i l y h a p p e n i f t h e h i g h -fi e l d s l o p e i s n e g a t i v e a n d t h e p e a k m om e n t o c c u r s a t l owfi e l d s ( c f . F i g u r e 6 c ) , o r w h e n t h e l o o p s a r e m e a s u r e d a s a f u n c t i o n o f t em p e r a t u r e a n d t h e s p e c im e n m om e n t i n c r e a s e s b e y o n d t h e i n i t i a l l y s e t r a n g e . 1 0 . 1 0 2 9 / 2 0 1 8 G C 0 0 7 6 2 0 t y p i c a l l y m a n i f e s t a s a l a r g e m om e n t o f f s e t w i t h n e g l i g i b l e fi e l d o f f s e t .

F i g u r e 6 d i s a h y s t e r e s i s l o o p f r om a n o t h e r M T B s p e c im e n i n a p l a s t i c c u b e w i t h a n e l e c t r o s t a t i c c h a r g e . I n t h i s e x am p l e , t h e s t a t i c c h a r g e p a r t i a l l y d i s s i p a t e s d u r i n g m e a s u r em e n t c a u s i n g O n V SM s , t h e v i b r a t i o n d r i v e s y s t em c a n a l s o b e a s o u r c e o f n o i s e . F i g u r e 6 e i s a n e x am p l e o f l o o p t h a t s u f f e r s f r om v i b r a t i o n a l d r i v e i n s t a b i l i t y . E x am i n a t i o n o f t h e n o i s e c u r v e ( F i g u r e 6 f ) r e v e a l s t h a t t h e n o i s e i s h i g h l y p e r i o d i c , a n d a s p e c t r a l a n a l y s i s ( n o t s h ow n ) i n d i c a t e s s i g n i fi c a n t p ow e r a t a n a n g u l a r f r e q u e n c y o f 1 . 8 4 H z , c o n fi rm i n g t h a t t h i s i s n o t r a n d om n o i s e . T h e e x a c t c a u s e o f t h i s p e r i o d i c n o i s e i s u n k n ow n , b u t i s l i k e l y d u e t o i n s t a b i l i t y i n t h e e l e c t r o n i c f e e d b a c k l o o p t h a t c o n t r o l s t h e v i b r a t i o n d r i v e s y s t em ( H . R e i c h a r d , p e r s o n a l c omm u n i c a t i o n , 2 0 1 8 ) . A l t h o u g h o b s e r v a b l e , i n t h i s c a s e , t h e m a g n i t u d e o f t h e i n s t a b i l i t y i s i n s u f fi c i e n t t o g r e a t l y a f f e c t t h e i n t e r p r e t a t i o n o f t h e l o o p s t a t i s t i c s . o r e e x t r a c ti n g t h e p a r am e t e r s a n d s t a t i s t i c s o f i n t e r e s t f o r f u r t h e r a n a l y s i s . T o t h a t e n d , w e h a v e d e v e l o p e d n ew g r a p h ic a l s o f tw a r e c a l l e d H y s t L a b t o a i d t h e p a l e om a g n e t i c a n d r o c k m a g n e t i c c omm u n i t y i n p r o c e s s i n g a n d a n a l y z i n g h y s t e r e s i s l o o p d a t a . T h e r em a i n d e r o f t h i s p a p e r w i l l d i s c u s s t h e f u n c t i o n a l i t y o f H y s t L a b a n d t h e t o o l s a v a i l a b l e t o m i n im i z e t h e d e t r im e n t a l im p a c t o f m e a s u r em e n t a r t i f a c t s o n t h e fi n a l i n t e r p r e t a t i o n o f h y s t e r e s i s d a t a .

A n e x am p l e o f a s p e c im e n w i t h e x t r em e p a r am a g n e t i c d r i f t i s s h ow n i n F i g u r e 8 a . T h i s s p e c im e n i s a r e l a t i v e l y w e a k l a k e s e d im e n t w i t h a f e r r om a g n e t i c c om p o n e n t d om i n a t e d b y d e t r i t a l m a g n e t i t e ( L i u e t a l . , 2 0 1 5 ) . T h i s s p e c im e n i s s t r o n g l y p a r am a g n e t i c w i t h a 1 T p a r a -t o -f e r r om a g n e t i c m a g n e t i z a t i o n r a t i o ( M p / M f ) o f 3 5 ( c f . t h e t h e o r e t i c a l e x am p l e i n s e c t i o n 3 .

s p e c im e n ( L i u e t a l . , 2 0 1 5 , 2 0 1 6 ) . s p e c im e n t em p e r a t u r e o f 2 7 -2 9 °C . A l t h o u g h h i g h f o r t h e t im e o f m e as u r em e n t (m i d -M a y w i t h t y p i c a l d a y t im e am b i e n t t em p e r a t u r e s o n t h e o r d e r o f 2 0 -2 6 °C ) , i t i s s t i l l p l a u s i b l e . T h e e x a c t r o om a n d s p e c im e n t emp e r a t u r e s w e r e n o t m e a s u r e d , s o w e c a n n o t e x c l u d e t h e p o s s i b i l i t y o f u n us u a l t em p e r a t u r e c o n d i t i o n s s u c h a s s u n g l a r e w a rm i n g , w h i c h c a n o c c u r . S im i l a r l y , w e c a n n o t e x c l u d e t h e p o s s i b i l i t y t h a t t h e m o d e l m a y b efi t t i n g o t h e r c om p o n e n t s o f d r i f t n o t r e l a t e d t o p a r am a g n e t i c t h e rm a l e f f e c t s a n d t h i s m a y s k ew t h e e s t im a t e d t em p e r a t u r e r a t i o . y i e l d s a t em p e r a t u r e r a t i o o f 1 . 1 9 . T h a t i s , t h e i n i t i a l t em p e r a t u r e o f t h e s p e c im e n w a s 2 0% h i g h e r t h a n am b i e n t . F o r a n am b i e n t t em p e r a t u r e o f 2 9 3 K ( 2 0 °C ) t h i s e s t im a t e s a s p e c im e n t em p e r a t u r e o f a lm o s t 8 0

I n s u f fi c i e n t l y h i g h m a g n e t i c fi e l d s , t h e m om e n t o f f e r r om a g n e t i c a n d f e rr im a g n e t i c m a t e r i a l s s a t u r a t e s , w h i l e t h e m om e n t s o f p a r am a g n e t i c a n d d i am a g n e t i c m a t e r i a l s c o n t i n u a l l y i n c r e a s e o r d e c r e a s e , r e s p e c t i v e l y . T h e r e f o r e , w h e n e x p l o r i n g t h e r em a n e n c e c a p a b i l i t y o f c om p l e x n a t u r a l s am p l e s t h a t a r e a m i x t u r e o f m a g n e t i c c a r r i e r s , i t

MB ðÞ¼ χ H F BþM s þα B β ;

( I n F i g u r e 1 0 d w e s h ow a n o t h e r l o o p t h a t v i s u a l l y a p p e a r s t o b e c l o s e d . I n t h i s c a s e , t h e S N R v a l u e s a t 7 0% , 8 0% , a n d 9 0% o f t h e p e a kfi e l d a r e a l l>1 9 . 3 d B . T h e a v e r a g e dM r h c u r v e i s s h ow n i n F i g u r e 1 0 e a n d t h e h i g h -fi e l d a r e a s a r e h i g h l i g h t e d . T h e h i g h -fi e l d r e g i o n s h a v e H A R v a l u e s 2 4 . 7 , 3 2 . 4 , a n d 5 0 . 1 d B f o r 7 0% , 8 0% , a n d 9 0% o f t h e p e a kfi e l d , r e s p e c t i v e l y . T h e s e c o r r e s p o n d t o t o t a lM r h a r e a s 1 7 , 4 2 , a n d 3 2 0 t im e s l a r g e r t h a n t h e r e s p e c t i v e h i g h -fi e l d r e g i o n s . T h e h i g h S N R v a l u e s i n d i c a t e t h a t t h e h i g h -fi e l dM r h s e gm e n t s a r e n o t u n d u l y a f f e c t e d b y n o i s e , b u t t h e e x t r em e l y l ow H A R v a l u e a t 9 0% p e a kfi e l d i n d i c a t e s t h a t t h e h i g hfi e l dM r h s i g n a l i s sm a l l a n d i t

-fi e l d n o i s e . T 0 T h e i n i t i a l t em p e r a t u r e o f a s p e c im e n a t t h e b e g i n n i n g o f a m e a s u r em e n t . T A T h e am b i e n t t em p e r a t u r e b e tw e e n t h e p o l e p i e c e s o f t h e m e a s u r em e n t e q u i pm e n t . T r T h e r a t i o o f t h e s p e c im e n i n i t i a l t em p e r a t u r e ( T 0 ) t o t h e am b i e n t t em p e r a t u r e b e tw e e n t h e p o l e p i e c e s ( T A ) . ( 2 0 0 3 ) . S om e a d d i t i o n a l p a r am e t e r s t o e s t im a t e d om a i n s t a t e f r om i s o t h e rm a l m a g n e t i z a t i o n m e a s u r em e n t s .E a r t h a n d P l a n e t a r y S c i e n c e L e t t e r s , 2 1 3 ( 3 -4 ) , 3 3 7 -3 4 5 . h t t p s : / / d o i . o r g / 1 0 . 1 0 1 6 / S 0 0 1 2 -8 2 1 X ( 0 3 ) 0 0 3 2 9 -7 F a b i a n , K . ( 2 0 0 6 ) . A p p r o a c h t o s a t u r a t i o n a n a l y s i s o f h y s t e r e s i s m e a s u r em e n t s i n r o c k m a g n e t i sm a n d e v i d e n c e f o r s t r e s s d om i n a t e d m a g n e t i c a n i s o t r o p y i n y o u n g m i d -o c e a n r i d g e b a s a l t . P h y s i c s o f t h e E a r t h a n d P l a n e t a r y I n t e r i o r s , 1 5 4 ( 3 -4 ) , 2 9 9 -3 0 7 . h t t p s : / / d o i . o r g / 1 0 . 1 0 1 6 / j . p e p i . 2 0 0 5 . 0 6 . 0 1 6 H a a g , M . , D u n n , J . R . , & F u l l e r , M . D . ( 1 9 9 5 ) . A n ew q u a l i t y c h e c k f o r a b s o l u t e p a l a e o i n t e n s i t i e s o f t h e E a r t h m a g n e t i cfi e l d .G e o p h y s i c a l R e s e a r c h L e t t e r s , 2 2 , 3 5 4 9 -3 5 5 2 . h t t p s : / / d o i . o r g / 1 0 . 1 0 2 9 / 9 5 G L 0 3 3 3 3 H a r r i s o n , R . J . , M c E n r o e , S . A . , R o b i n s o n , P . , C a r t e r -S t i g l i t z , B . , P a l i n , E . J . , & K a s am a , T . ( 2 0 0 7 ) . L ow -t em p e r a t u r e e x c h a n g e c o u p l i n g b e tw e e n F e 2 O 3 a n d F e T i O 3 : I n s i g h t i n t o t h e m e c h a n i sm o f g i a n t e x c h a n g e b i a s i n a n a t u r a l n a n o s c a l e i n t e r g r ow t h . P h y s i c a l R e v i e w B , 7 6 ( 1 7 ) , 1 7 4 4 3 6 . ( 1 ) , 1 1 2 -1 4 7 . h t t p s : / / d o i . o r g / 1 0 . 1 1 3 7 / S 1 0 5 2 6 2 3 4 9 6 3 0 3 4 7 0 L i , J . , P a n , Y . , L i u , Q . , Y u -Z h a n g , K . , M e n g u y , N . , C h e , R . , e t a l . ( 2 0 1 0 ) . B i om i n e r a l i z a t i o n , c r y s t a l l o g r a p h y a n d m a g n e t i c p r o p e r t i e s o f b u l l e ts h a p e d m a g n e t i t e m a g n e t o s om e s i n g i a n t r o d m a g n e t o t a c t i c b a c t e r i a . E a r t h a n d P l a n e t a r y S c i e n c e L e t t e r s , 2 9 3 ( 3 -4 ) , 3 6 8 -3 7 6 . h t t p s : / / d o i . o r g / 1 0 . 1 0 1 6 / j . e p s l . 2 0 1 0 . 0 3 . 0 0 7 L i , J . , W u , W . , L i u , Q . , & P a n , Y . ( 2 0 1 2 ) . M a g n e t i c a n i s o t r o p y , m a g n e t o s t a t i c i n t e r a c t i o n s a n d i d e n t i fi c a t i o n o f m a g n e t o f o s s i l s .G e o c h em i s t r y , G e o p h y s i c s , G e o s y s t em s , 1 3 , Q 1 0 Z 5 1 . h t t p s : / / d o i . o r g / 1 0 . 1 0 2 9 / 2 0 1 2 G C 0 0 4 3 8 4 L i , S . , Y a n g , Z . , D e n g , C . , H e , H . , Q i n , H . , S u n , L . , e t a l .