М.И. Каганов, В.М. Цукерник - Природа магнетизма (1119321), страница 26
Текст из файла (страница 26)
дальнейшее увеличение намагниченности связано с поворотом полного мапштпого момента в направлении машштиого ноля. Такой поворот затруднен (по сравиеии«о с поворотами магнитных моментов в доменных стешсах), и, как результат, зависимость й' = *Ж (Л) в этой области полей более полога. Наконец, все магнитные момент«я доменов выстроилпсь по полю — феррогяаг««ет«««с макро- 132 гжшическн однороден и его спонтанный магшггиый момеш занял энергетически наиболее выгодное положение: наступило техническое насьвценяе. Дальнейший ; шт намагниченности с тюлем ~парапроцесс) — результат борьбы магнитного поля с тепловым движением отдельных атомных спинов, в которой мапштное гюле— сокззнпк обменного взаимодействия, а нх общий протившге — потребность к беспорядку, имеющаяся при любой конечной температуре.
Рассмотрим теперь процесс, обратный намагничиванию, — размагничивание. Пусть магнитное поле, намагннгившее ферромагнетпк до технического насыщения, уменьшается. Вмесге с полем, конечно, будет умень- ~ ~ать«я и намагниченность. Должно ли при этом умень- и,ение намагниченности (размагпичпвание) изображаться той иге кривой, которая изображает намагничивание Км, рис.
47)У Не обязательно. В идеальном фсрромагнетике (без примесей, искажений решетки, дислокаций и т. п., а мы только такими обьектамп и занимаемся) все зависит от того, внутрь или вне астроиды на рис. 43 попадает точка, изображающая магнитное поле. Если эта точка наход»гася вне астроиды (там, где пет метастабильных состояний), то точка на плоскости Н, Ж будет двигаться ~по крайней мере вначале) вдоль основной кривой намагничивания. Если же точка, изображающая магнитное поле насыщения, попадает внутрь астропды (там, где есть метастабильные состояния), то при уменьшении поля изменение намагниченности будет происходить по кривой метастабпльных состояний.
Каждая точка на этой кривой отвечает намагнпчешюстн, большег, чем намагниченность на основной кривой. Когда ма,нитное поле обратится в нуль, намагниченность ь нуль не обратится, так как для размагничивания, т. е. разбиения тела на домены, требуется преодолеть энергетический барьер ~см. Ц 4, 5 этой главы). Как мы хи«е пояснили, намагниченное состояние ферромагнетпьа в отсутствие внешнего поля метастабильно, но сюто может сохраняться неограигченно долго. Зтот факт известен с детства каждому, кто играл с постоянным ма~питом, 11амагииченность ферромагнетика в отсутствие внеш~хчо поля называегся огглатганой намагни«гнностью. Для того чтобы «убрать» остаточную намагниченность— насильно размагнитить образец, необходимо прцложить 133 ,', о большое магнитное поле, >>вправленное про- 4>>к«»>полол«но полю намагничивания.
Величина напря'.женности этого поля называется коэрцитиеноб силой. В разных ферромагпетиках коэрцитпвная сила разная: от десятых долей эрстеда до тысяч эрстед. Материалы с большой коэрцптивной силой называют >яагнитожестк>ояи, а с чалой -- нагнппгалнгкилш. В разных областях техники находят себе прнме- пеппе и те, и другие. Продолжая увеличивать поле в противоположном первоначально памагипчивающему полю направлении, можно снова намапштить феррочагиетик до технического насыщения.
Уменьшение противополо>кно направленного по- !»пг. 49. !!«1эя гв«тере»я«а ля прн наличии четастабильиых состояний приведет к изменению намагниченности вдоль кривой, расположенной ниже основной. Опять появится остаточная намагниченность', для ликвидации которой снова требуется приложить поле, равное коэрцитнвной силе, но теперь направленное вдоль первоначального направления... Тут вполне уместно сказать и т. д., потому что дальнейшее увеличение поля приведет к намагничиванию вплоть до технического насыщения. Описанные процессы намагничивания и перемапшчн ваняя изображены па рис.
49. Наиболее характерная особенность этои кривои — необрвтпмое изменение намагниченности с полем: намагничивание и размап>ичпвание ферромагнетнка происходит по разным кривым. Такая необратимость иоспт название магнии>ного гистереэиса, а замкнутая кривая на рисунке — петли гистереэиса. Подчеркнем: гпстереэис одно иэ про«еленой гпи!естеоеания леп>а- сп>обильных м>стояний. Эпитет «технический» (техническое насыщение, техническая кривая намагничивания) отмечает не только факт технической важности кривой намагничивания реальных магнетиков, но и зав>п:имость процесса намагшшиванпя от техники изготовления образца. Дело в,том, что численные характеристики технической кривой на- к(агннчиванпя, петли гисгерезиса, козрцитнвной силы - су«цественнб зависят от' состояния образца, от'его обработки прп приготовлении.
Этим пользуются в технике для создания магнитов с нужнымп свойствамп. Физическая причина чувствительности техщгческой кривой намапшчпванпя к состояншо образца — — в зависимости константы аппзотропип (3 от структуры кристаллической решетки, Увеличение р в дефектных областях приводит к тому, что магнитный момент за них «цепляется», и.требуется сравнительно большое ноле, чтобы «заставить» ио переориентироваться. Исследование технической кривой намагничивания и выработка рекомендаций для получения нужных магнитных свойств - важная глава прикладной физики магнитных явлений.
ч 7. Спиновые волны Строго говоря, предыдущие два параграфа - - отступление от нашей основной темы, так как посвящены не природе ферромагнетизма, а свойствам реальных образцов конечных размеров. В атом параграфе мгп возвращаемся к описанпю природы ферромагннтного состояния. На»1 предстоит узнать, как зависит от температуры спонтанный магнитный момент ферромагнетпка прп низкой температуре -- вблизи абсолютно~о пуля.
Формула (3.5), как мы отмечали, не согласуется с результатами измерений температурной зависимости магнитного момента. Для выяснения температурной зависимости физических вели пш необходимо зпать, как движутся атомные частицы, из которых состопттело. Мы уже имели возможность в этом убедиться, когда рассматрнвалн магнитные свойства металлов (гл. 2, Ц 4, 5), Статистическая физика связывает движение отдельных атомных частиц с макроскопнческими свойствами тел. Когда речь идет о «азе, ясно, что означают слова «отдельная атомная частица». А что онп означают в твердом теле, которое именно тем и отличается от газа, что в нем нет г«пдк«»них атомных частиц, так как частицы взаимодействукл' друг с другом? Как мы увидим „роль отдельных атомных ча-тип, в кристаллах играют квази щстаичы -- о пих речь пойдет ниже.
Мы произнесли много иепопятпых слов: в заглавии-- «ги новые волны, в тексте — квазпчастнцы; добавим к нпм еще одно малопонятное словосочетание: энергетячссг,нй:;: спектр физической системы. В этом параграфе мы рас- ',. скажем об энергетическом спектре ферромагиетика. Что ' все это значит, надеемся, станет ясно чуть позже. Папомпим замечание, сделанное по поводу»юдегиг.:,' Кюри — Вейсса (стр. 110): энергия фсрромагиетпка, во- '! обще говоря, не определяется однозначно намагниченностью.
Только прп полном магнитном упорядочении, когда все атомные мапигтики параллельны друг другу, внерп,'я выражается через полный мапштиьш момент тела. Это и позволило связать константу а феномеиоло«: гической теории с обменным интегралом А; — см. г)ор-. мулу (3.11). Прнюша однозначной связи в;:, том, что полное у юря-:: дочение можно создать;: единсгвениым способом. ~ г' Лля дальнейшего пам '; удобно говорить не о магнитном моменте, а о .-'„' спине ферромап~ет> ка Итак,в основном со-," стоянии ферромагистп- .
ка спины всех атомов '!'. Рис. 5П. Спин Ьго атома отклонен от обсщего «направления». «параплельнгР друг дру" гу. Их общее «направ- -, ление» е) задается, например, осью аиизотропии,::;. вдоль которой приложено магнитное поле. Всякое от- ':... клонение спина от этого направления сопровождался 1' увеличением эггергг~п.
Предположим, что атом с откло- '':: ненным спинам находится в узле кристаллической решетки с номером г' (рпс. 50). Тогда, казалось бы, эщ ргия ферромагнетика будет отличаться от эггергги основного состояния (3.9) за счет изменения величины взаиаго- -::,. действпя г-го атома со своими ближайшими соседямп. Огтнако такое наглядное представление оказывается обманчивым — оио пе учитывает квантовой природы сгпгг~а. Конечно, состояние, в котором сгшн г'-го атома отклонен,:„.
может существовать. Но ведь нам этого мало, мы хотим чтобы оно было спюииоиарныл — обладало опргдгттемаг б анергпей. Л это уже — чрезмерное требование. Как мы '1 Еже рав обратим ве;нманне: «направлеине» спина (н выжиге нваитом го мгмггпа) — тдобиии способ обозна ~атв состояния г лаинмм аначепием провинив спина, гзб уже говорили (гл.
1, $4), в квантовой механике отнюдь пе любые физические величины могут одновременно иметь определенные значения. В частности, для ферромагнетика, т. е. для системы сппнов, поведение которых описывается гампльтонианом (3.8'), энергия системы и проекцпя спина >'-го атома (еслп она отличается от проекций спиноз остальных атомов) не могут иметь одновременно определенные значения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
