Borovik-ES-Eremenko-VV-Milner-AS-Lektsii-po-magnetizmu (1239152), страница 44
Текст из файла (страница 44)
14.9 это соответствует ходу кривой 4 — 3 — 1. Таким образом, в материале восстанавливается остаточная намагниченность 1, с тем же знаком, какой имел материал до приложения обратного поля. Получилась смещенная петля гистерезиса. Подобная однонаправленная анизотропия называется обменной анизотропией, так как создается не только магнитными, но и обменными связями на границе ферромагнетика и антиферромагнетика. Конечно, описанная обменная анизотропия осуществляется в каждой отдельной частице. Описанное явление наблюдается также в сплавах 1чЪ!гг и ЕеА1. Коэрцитивная сила при этом большая; например, у Со — СоО она составляет 4000 Э. Так как температура Нееля во всех рассмотренных случаях ниже 0 'С, эффект наблюдается при низких температурах.
Глава 15 ФЕРРОМАГНЕТИКИ В НЕСТАЦИОНАРНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ ф 15.1. Магнитная вязкость (магнитное последействие) Давно было замечено, что магнитная индукция изменяется не синхронно с внешним магнитным полем, а с некоторым запаздыванием. Если ферромагнетик вносится в постоянное поле, т.е.
поле, которое длительное время по величине остается неизменным, то время запаздывания в установлении постоянной магнитной индукции колеблется от долей секунды (10 з с) до многих минут. Подобное же запаздывание в установлении магнитной индукции ферромагнетика наблюдается и при изменении величины напряженности магнитного поля. В некоторых случаях время установления магнитной индукции сильно зависит от температуры.
Так, в карбонильном железе при температуре — 12 'С при уменьшении магнитного поля спад намагниченности продолжается в течение десятков минут, а при температуре +100 'С завершается за 10 з с. Если исследуемое вещество представляет собой металлический ферромагнетик, то определенный вклад в указанное запаздывание, конечно, дают токи Фуко. Однако этот фактор совсем не единственный.
Так, на рис. 15.1 кривая 1 показывает, как спадает намагничен- 1' ность железоникелевого сплава по измерениям Телеснина 11591 по- 2 1 сле уменьшения магнитного поля до нуля, а кривая 2 показы- 0 0 1бб . 10 'с вает, какой был бы рассчитанный спад, если бы задеРжка намагни- рис. 15.1. Кривые временного спачивания созд~~~~а~~ ~~~~~о тока да намагниченности: эксперимен- ми Фуко. Как видно из рисун- тальная ()) и рассчитанная по токам ка, большая часть задержки спада Фуко (2) намагничивания обязана не токам Фуко.
В полупроводниковых ферромагнетиках, в которых токи Фуко фактически отсутствуют, также наблюдается задержка в намагничивании. 2! б Рл. 15 Ферромагнетики в нестайионарннх мигнитных полях Будем в дальнейшем называть магнитной вязкостью, или магнитным последействием, отставание во времени изменения магнитных характеристик 1намагниченности, проницаемости и т.д.) ферромагнетиков от изменения напряженности внешнего магнитного поля.
Кроме токов Фуко, существует еще несколько факторов, вызывающих магнитное последействие. Рассмотрим главные из них. 1. Диффузия «постороннихв атомов или вакансий. Так, в железе последействие может возникнуть благодаря диффузии атомов углерода или азота внутри кристаллической решетки. Малые размеры атомов углерода делают это возможным даже при комнатной температуре. На рис. 15.2 показано предполагаемое расположение атомов углерода в деформированном железе. Стрелки указывают направление дефор- Рис.
15.2. Предполагаемое расположение атомов углерода в железе после упругой деформации: а) в вертикальном направлении; б) в горизонтальном направлении мации, вызванной магнитострикцией. Атомы углерода расположены между атомами железа в «растянутых» ребрах 1в наиболее свободных местах).
Если теперь перемагничивать образец так, чтобы направление удлинения, вызванного магнитострикцией, повернулось на 90; то атомы углерода будут диффундировать из первоначального положения в новое 1рис. 15.2, б), которое теперь будет соответствовать новому минимуму магнитоупругой энергии. Места расположения границ (см. й 13.3) соответствуют минимуму суммы всех видов энергии, в том числе и магнитоупругой. Поэтому подобная диффузия атомов углерода, азота и т.
и. сопровождается дополнительным смещением границ между доменами, а скорость диффузии существенно влияет на скорость смещения границ, т.е. на скорость перемагничивания. Чем выше температура, тем быстрее происходит диффузия, поэтому время установления намагниченности при высоких температурах должно быть меньше, чем при низких. 15.2 Ферромигнетики е переменных магнитных нолнх 2!7 Сноек экспериментально подтвердил справедливость изложенной теории, подвергнув железные образцы длительному высокотемпературному отжигу в вакууме. При этом было удалено значительное количество атомов углерода. Время магнитного последействия (установление намагниченности в результате изменения внешнего намагничивающего поля) значительно уменьшилось.
Это время вновь увеличилось, когда в железо было введено около 0,01 аг' углерода. Неель показал, что упомянутая диффузия атомов углерода и азота изменяет величину энергии магнитной анизотропии, что также ведет к изменению мест расположения границ, а следовательно, и величины намагниченности. Диффузионная природа последействия может осуществляться не только в железе, но и в других металлических и полупроводниковых ферромагнетиках, за счет посторонних или избыточных атомов или вакансий.
2. Второй причиной магнитного последействия является тепловая флуктуация, которая помогает граничным слоям, разделяющим домены, преодолевать энергетические препятствия, мешающие их смещению. Действие тепловой флуктуации сводится к тому, что в месте флуктуации намагниченность изменяется; последнее приводит к появлению внутреннего поля рассеяния.
Это поле может быть направлено навстречу внешнему приложенному полю Н или совпадать с ним по направлению. Пусть поле Н передвинуло границу из точки О в некоторую точку Т) (см. рис. 13.3). Флуктуационное смещение обратимо, если граница, переместившись из точки О в точку А, после исчезновения флуктуации возвращается в исходное место, обусловленное внешним полем.
Если флуктуация велика, суммарное поле может оказаться достаточным для преодоления барьера д Г/дм в точке А (см. рис. !3.3), при этом произойдет скачек Баркгаузена и граница необратимо переместится до положения С, Так как флуктуации статистически возникают по всему объему образца, перемещение границ происходит в микрорайонах доменов и суммарный рост намагниченности образца идет плавно во времени. До тех пор пока имеются «невысокиеь барьеры д)/дм, этот процесс протекает быстро, а затем все медленнее, поскольку остаются лишь «высокие» барьеры. Тепловая флуктуация может приводить также к постепенному уменьшению остаточной намагниченности предварительно намагниченного ферромагнетика. ф 15.2. Ферромагнетики в переменных магнитных полях Кривая намагничивания ферромагнитного материала, снятая в переменном поле и называемая динамической, отличается от статической кривой намагничивания того же материала и зависит от частоты пе- 2!8 Гл.
75. Ферромагнетики в неетадионарных магнитных полях ременного поля и формы образца (даже при замкнутом магнитном контуре, например торе, она зависит от его сечения). При снятии статической кривой намагничивания величину каждого данного магнитного поля Н, выдерживают постоянной до тех пор, пока намагниченность (или магнитная индукция) не примет своего максимального для данного поля значения.
Кривые намагничивания в переменном поле обычно строят по вершинам семейства петель гистерезиса с постепенно повышающимся Н,„,„. На рис. 15.3 приведены кривые намагничивания образцов мо- 0 !О 20 30 40 О, Э Рнс !5.3. Кривые динамического намагничивания пластин молнбденового пермаллоя разной толщины 8 (!), 50 (2) и 370 (3) мк при частоте !24 кГц либденового пермаллоя различной толщины при частоте 124 кГц. Как видно из рисунка, чем толще образец, тем ниже идет кривая намагничивания.
В ферромагнитном образце, находящемся в однородном внешнем переменном магнитном поле, внутреннее поле убывает от периферии к центру вследствие влияния токов Фуко. Поэтому индукция и магнитная проницаемость не одинаковы на различных расстояниях от периферии. Уместно ввести некоторую усредненную характеристику— эффективнУю пРоницаемость !тяФ. ЭффЕктивнаЯ пРоницаемость Рассчитывается на основе представления об однородной намагниченности по всему сечению образца: п,4 = ФГ(оН), где Ф полный поток; Н внешнее магнитное поле; о — площадь сечения образца. По мере повышения частоты переменного магнитного поля глубина его проникновения в металл уменьшается.
Так, для железа при частоте 10 Гц она составляет всего около 10 ~ см. Намагниченность ферромагнетика под влиянием внешнего поля всегда устанавливается с некоторым запаздыванием во времени. Чем больше скорость изменения магнитного поля, тем большим становится относительное запаздывание намагниченности и значительнее изменяется форма петли гистерезиса. Главными причинами задержки намагничивания являются следующие. 1. Токи Фуко. Их величина, а следовательно, и влияние зависят от скорости изменения магнитного поля 4Нгч(г, от формы образца, магнитной проницаемости и проводимости. 15.2. Ферромагнетики в переменных магнитных полях 219 2. Магнитная структура. Процессы смещения границ между доменами или процессы вращения векторов намагничивания.
3. Магнитное последействие (см. 9 15.1). Синхронность в изменении намагниченности и напряжения магнитного поля может иметь место только при очень медленном (квазистатическом) изменении магнитного поля. В случае переменных магнитных полей указанная синхронность отсутствует и форма динамической петли гистерезиса зависит от формы образца и от частоты переменного поля. Опыт показывает, что магнитная проницаемость существенно зависит от частоты переменного поля даже в том случае, когда исключено влияние токов Фуко. Действительно, указанная зависимость наблюдается на очень тонких пленках металлических ферромагнетиков и на полупроводниковых ферромагнетиках (ферримагнетиках). В последнем случае до частоты порядка 10 с ' проницаемость мало изменяется, при дальнейшем же повышении частоты переменного поля она умень- В 10,!с! шается и при частоте 10ю с ' достигает единицы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
