Borovik-ES-Eremenko-VV-Milner-AS-Lektsii-po-magnetizmu (1239152), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Ферримагнеагики о т о, т О, Т Гэ, О, 7 О, О, Т О, Т Рис. 9.7. Возможные фора~и температурной зависимости намагниченности на- сыщения ферритов по Неелю По Неелю, восприимчивость выше точки Кюри описывается формулой, дающей гиперболическую зависимость 1/зг от т: — = — + — т (9.2) где С = ф) — постоянная Кюри (1т — средний магнитный момент — 2 Зй атомов феррита); тко, а н Ь вЂ” постоянные, определяемые через магнитные моменты подрешеток и интегралы обмена. Формула (9.2) хорошо описывает экспериментальные данные.
С ее помощью из измерений зависимости зг от т можно определить величины интегралов обмена. Отметим, что нейтронографические наблюдения позволили в последнее время подтвердить наличие в ферритах антнпараллельной ориентации спинов в подрешетках. Таким образом, теория Нееля хорошо объясняет экспериментальные факты. Однако попытки ее строгого обоснования пока не дали окончательного результата. Простейшая модель антиферромагнетиков и ферримагнетиков с двумя подрешетками с противоположными направлениями моментов пригодна лишь для простейших структур.
В более сложных случаях приходится вводить большое число подрешеток, а их моменты иногда образуют треугольную структуру. В последнее время найдена так называемая спиральная геликоидальная структура антиферромагнитного упорядочения. В этом случае в каждой соседней ячейке магнитный момент поворачивается на некоторый угол по сравнению с предыдущей, так что в целом магнитный момент равен нулю. В некоторых случаях крнсталлографическая симметрия решетки приводит к запрету точной антипараллельной ориентации спинов.
В результате они устанавливаются под небольшим углом друг к другу, 126 Гл. 9. Антиферромагнетизм и ферримагнетизм Это приводит к появлению так называемого слабого ферромагнетизма с магнитным моментом порядка 0,0!рв на атом. Подобное явление отчетливо прослеживается у некоторых карбонатов металлов (МпСОз, СоСОз), Можно предположить, что им обусловлены следы ферромагнитных свойств в антиферромагнитном состоянии. Теоретическое объяснение этого любопытного явления было предложено И.Е. Дзялошинским [115! Хотя сами антиферромагнетики не имеют практического применения, экспериментальное и теоретическое изучение их свойств существенно и с практической точки зрения, поскольку большое число, если даже не большинство ферромагнетиков, оказывается, принадлежит к классу нескомпенсированных антиферромагнетиков.
Г1ри рассмотрении вопроса о возникновении упорядоченного состояния в ферромагнетиках с высокой температурой Кюри мы пренебрегали магнитным взаимодействием как малым по сравнению с обменным электростатическим. Однако при рассмотрении вопросов о доменной структуре ферромагнетиков, форме кривой технического намагничивания,магнитострикции и т.д, магнитная энергия взаимодействия начинает играть существенную роль, В связи с этим в следующих главах кроме обменной будет рассмотрен и ряд других видов энергии ферромагнетиков и антиферромагнетиков. Глава 1О ЭНЕРГИЯ ФЕРРОМАГНИТНОГО СОСТОЯНИЯ ф 10.1.
Характеристики технической кривой намагничивания Прежде чем перейти к рассмотрению различных видов энергии ферромагнитного состояния, рассмотрим подробнее магнитные характеристики. Крутизна кривой намагничивания при заданном поле носит название дифференциальной магнитной восприимчивости и находится по производной дгд = г)1)г)Н. Г1ри магнитном поле, стремящемся к нулю, дифференциальная магнитная восприимчивость называется начальной магнитной восприимчивостью и обозначается дго. Так называемая максимальная магнитная восприимчивость обозначается ейдд, = (1)Н)гдд, (см. рис.
7.3.) Намагниченность ферромагнетика при циклическом изменении намагничивающего поля изменяется необратимо. Кривая 1 = 7'(Н) описывает петлю гистерезиса (см. рис. 7.4). Если в некотором небольшом интервале полей от Н~ до Ня изменять поле в прямом и обратном направлениях, получается частный гистерезисный цикл (рис. 10.1). Отношение полного изменения намагниченности 1з — 1г = Ы на частном гистерезисном цикле к полному изменению магнитного поля Нт — Н~ = ЬН называется средней восприимчивостью на частном цикле и выражается как м„р,д — — гз1г1зН. Дифференциальная восприимчивость обычно больше, чем средняя восприимчивость на частном цикле.
Как уже отмечалось, в физике, и особенно в технике, вместо намагниченности часто используется другая характеристика -- магнитная индукция. Соответственно вместо магнитной восприимчивости применяется магнитная проницаемость. Эти характеристики связаны между собой соотношениями В.=- Н+4я1, гг = — 1-'4ггм, Аналогично тому, как на петле гистерезиса (1,Н) выделяются остаточная намагниченность 1, и коэрцитивная сила Ньг, на петле гистерезиса (В,Н) следует отметить остаточную магнитную нндук- 128 Гл. !О.
Энергия ферромагнитного состояния 0 И, Ц, Н Рнс. 10.1. Частный гисте- резнсный цикл Рис. !0.2. Кривые намагничивания (4я1,Н) и (В,Н) платннокобальтового сплава цию В, и коэрцитивную силу Неп, При равенстве нулю намагниченности и магнитной индукции соответствующие коэрцитивные силы не равны между собой. Поэтому коэрцитивную силу для первого случая обозначают как Н,г, а для второго случая — как Н,в. При незначительном различии Нет и Н,п будем обозначать коэрцитивную силу как Н,.
Из соотношения В = Н+ 4а1 следует, что ~Н,1~ > ~Неп~. Действительно, при 1 = 0 В = вЂ Н т.е. магнитная индукция уже имеет отрицательное значение. На рис. 10.2 приведена часть гистерезисного цикла — кривая размагничивания для высококоэрцитивного платинокобальтового сплава (77 % Р1, 23% Со). Точнее, на нем изображены две кривые — (В, Н) и (4х1, Н).
Последняя взята вместо (1, Н) для сохранения одинаковых масштабов. Как видно из рисунка, при поле, равном Н,г, индукция В имеет отрицательное значение, а при поле, равном Неп, намагниченность еще положительна. Терминология, применяемая для магнитной проницаемости (дифференциальная магнитная проницаемость рг;, начальная магнитная проницаемость ро, т.е, дифференциальная магнитная проницаемость при поле, равном нулю; максимальная магнитная пронипаемость р„„ средняя магнитная проницаемость на частном цикле ре„,я), соответствует принятой для магнитной восприимчивости. Необходимо подчеркнуть, что величины остаточной намагниченности 1„ коэрцитивной силы Не и магнитной восприимчивости м существенно зависят от характера обработки ферромагнитных веществ. Сюда, в первую очередь, относятся термическая и механическая обработки.
Указанные магнитные свойства, зависящие от предварительной обработки, носят название структурно-чувствительных характеристик. Используя эти характеристики при магнитном анализе, можно кон- 10.! Характеристики технической кривой намагничивания 129 0 4 8 12 16 Рис. !0.3 Кривые намагничивания образцов пермаллоя 70: У вЂ” холоднопроквтвкного 1прк комнатной температуре); 2 — отожженного и медленно охла- жденного; 3 — отожженного и быстро охлажденного тролировать качество обработки материала. На рис. 10.3 продемонстрировано влияние механической и термической обработок на вид кривой намагничивания сплава, состоящего из ?Очуе никеля и 30 те железа (этот сплав называется пермаллой 70).
Как видно из рисунка, холодная прокатка сильно снижает магнитную индукцию, особенно при малых полях, по сравнению с таким же сплавом, прошедшим отжиг. Из рис. 10.4 видно, что при деформации удлинения образцов никеля коэрцитивная сила существенно растет. При удлинении на 739 она возрастает с 1,8 до 16 Э. Задачей теории технического намагни- 8 чивания является объяснение зависимости формы кривой намагничивания и гистерезис- б ной петли от внутренних свойств ферромагнетика и внешних воздействий. Для ее реше- 4 ния необходимо рассмотреть основные типы энергий взаимодействия, которые в первом приближении определяют магнитное состояние ферромагнетика: 1) электростатическую энергию обменно- 0 2 4 го взаимодействия; 2) энергию естественной, или кристалло- Рис.
10 4. Влияние деграфической, ма~нитной анизотропии; формации удлинения ни- 3) энергию магнитоупругой анизотропии; ную силу 4) энергию ферромагнетика в поле. 5 Е.С, Боровик к др. Гл. 20. Энергия ферромагнитного состояния Электростатическая энергия обменного взаимодействия описывается уравнением (8.27): И'„в = — 2 2 А,г(п,пг), (10.1) 0 или И об = — 2~ Аоо' созэсм, 2 м (10.2) где А,. — обменный интеграл для атомов 1 и 7'; со, — угол между направлениями их спиновых моментов; п„пу — векторы электронных спинов атомов 1 и 7 в единицах )ь Обменный интеграл А, зависит от отношения постоянной решетки а к эффективному диаметру Г2 с(-уровня.
Для случая положительного значения А из уравнения (!0.2) следует, что минимуму обменной энергии Игоо соответствует параллельное расположение спиновых моментов, чем и обуславливается ферромагнитное состояние вещества (см. гл. 8). Вид технической кривой намагничивания зависит не от величины обменной энергии, а от других видов энергий, к рассмотрению которых мы и переходим. ф 10.2. Энергия естественной, или кристаллографической, магнитной анизотропии Из опыта известно, что намагничивание вдоль различных кристаллографических направлений осуществляется по-разному.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
