Krinchik-GS-Fizika-magnitnyh-yavlenii (№12. Исследование магнитных свойств аморфного ферромагнетика при помощи магнитометра)

Г. С. КРИНЧИК ФИЗИКА МАГНИТНЫХ ЯВЛЕНИЙ Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебного пособия для студентов физических специальностей высших учебных заведений ИбдАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 197б УДК 538.0 Криичик Г. С. Физика магнитных явченнй. М., 36? 146 Б б 1?4 ОГЛАВЛЕНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ 7 10 20 28 35 40 46 55 65 70 77 91 96 102 109 $2.4.

$ 2.5. $ 2.6. 9 2,7. 6 2.8. 9 2.9. 9 2.10 118 123 130 133 148 155 159 9 2.1 1. 9 2.12. Глава 3 ВАНИЯ 9 3.1. й 3.2. 9 3.3. $3.4. 9 3.5. 9 з'.6. 9 37. $ 3.8. 9 39. $3.10 169 172 182 186 190 194 210 216 228 238 В книге рассмотрены современные тео етпчес теарешшес«и представления о< пар~, , е металлов и диалект иков, а э. анэлизиртштся Рахлин. н й структуры и процессы иамаг ичиааиия ферроферритах-шпинелях, ферритах-гранатах, гексафе игах магнетиках Рассмотр у Р даче иых Рнст учебников по магнетизму вопросы: теа и у воп осы: теория молекул рных орбнталИ, <щгны бйф , сла ы ерромагиетнзм, пьезомагнятные и магнит эффекты, теоретико-группоза . ф гиитоэлектрические а и ппыных криста Ф по ая классификация эне г ф рр .

ных металлах, донная структура злах н фе оиагнит тных метал.чов, тсоряя косвенного обмена в < е ках и ферромагнитных металлах. Пособие предназначено студентам в зов, нз« б .<, научным работин«ам и яви<синера«<. Рецензенты: кафедра молекулярной физики Ленинграде кого университета, акад. А. С. Бора зи к-Р ам апов 2040? †1 124 — 76 ( ~ 0??10ч! ?6 — <0« Издательство Московского университета, 1976 г Глава 1 9 1.1. $ 1.2. 9 1.3. $ 1.4. $ 1.5. $ 1.6.

9 1.7. $ 1.8. $ 1.9. $1.10 Глава 2 9 2.1. 9 2.2. $ 2.3. ПАРА- И ДИАМАГНЕТИЗМ Исторический очерк Магнитные характеристики Термодинамические соотношения . Строение электронных оболочек переходных и редкозе- мельных ионов Пара- и диамагнетизм свободных яцков . Пара. н диамагнетнзм металлов Теоретика-групповая классифякация энергетических уров- ней ионов в кристаллах Теория кристаллического поля . Молекулярные орбиталн Магнитные свойства ионов в кристаллах ФЕРРОМАГНЕТИЗМ Теория молекулярного поля Вейсса Молекула водорода Обобщение теории на АГ атомов. Модель Френкеля— Гейзенберга Спиноаые волны. Закон Блоха .

Ванная теория металлов Теоретико-групповая классификация электронных состояний в металлах Ванная структура ферромагнитного никеля Критерий ферромагнетизма 3<1-металлов . Косвенный обмен в ферродиэлектриках Обмен через электроны проводимости. (з †.<!)- обменная мо- дель Воисовского Метод вторичного квантования Теория спиновых волн по методу вторичного квантования ДОМЕННАЯ СТРУКТУРА И ПРОНЕССЪ| НАМАГНИЧИ- Энергия обменного взаимодействия Магнитная кристаллографическая анизотропия Магнитоупругая энергия Магиитостатическая энергия Доменные границы Доменная структура Уравнение Ландау — Лифшица Процессы смещения доменных границ Процессы вращения вектора намагниченности Тонкие ферромагнитные пленки 243 250 262 267 275 278 П РЕДИСЛОВИ Е 289 297 ( 301 312 322 337 Гл а за 4.

МНОГОПОДРЕШЕТОЧНЫЕ МАГНЕТИКИ 6 4,1. Антиферромагнетики 6 4.2. Слабые ферромагиетики $4.3. Ферриты-шпинели 4 4.4. Теория феррнмагнетпзиа Несла 6 4.5. Ферриты-гранаты 6 4.6. Сложные магнитные структуры Глава 5. ПОВЕДЕНИЕ МАГНИТНЪ|Х КРИСТАЛЛОВ В ПЕРЕМЕННЫХ МАГНИТНЪ|Х ПОЛЯХ $5.1. Ферромагнитный резонанс й 5.. 5.2. Ферримагиитный резонанс 5.3. Магнитный резонанс в антиферромагнетнках и слабых ферромагиетиках 4 5.4. Резонанс и релаксация доменных гранин 4 5.5. Магнитооптические эффекты.

Магнитная восприимчивость на оптических частотах с. ехааапнс чагнптных лрнсталлоа чзгнитооптпчссхнмн к 5.6. 1 1с л методами ЛИТЕРАТУРА Предлагаемая читателю книга написана на основании курса, прочитанного на физическом факультете МГУ для студентов, специализирующихся по кафедре магнетизма, в по;шом соответствии с существующей программой для физиков-магнитологов Есназн.щсние — помочь читателно в усвоении основных понятий физики магнитных явлений для использования их в практической работе и подготовить его к чгеник! журнальных публикации и монографий по магнетизму.

В книгу не включены такие разделы, как ма|ч|итные материалы, магнитные измерения, парамагнитный н ядерный резонансы, ядерный гамма-резонанс, гальвано- и термомагнитные эффекты в магннтоупорядочеиных кристаллах. Это вызвано, аопервых, естественным ограничением, связанным с объемом учебника, а во-вторых, тем, что эти разделы магнетизма излагаются в отдельных курсах. С другой стороны, в кингс рассматриваются многие физические вопросы, которые обычно не входили в учебники по магнетизму, например представление о молекулярных орбиталях, основы теории подобия (скейлинг), теоретико-групповая классификация электронных состояний в парамагнитных кристаллах и ферромагнитных металлах, зонная структура ферромагнитных металлов, теория цилиндрических магнитных доменов, слабый ферромагнстнзм, пьезомагнитные и магннтоэлектричсские эффекты, магнитный резонанс в слабых ферромагнетнках, движение доменных границ с предельно высокими скоростями и, наконец, обшпрньш круг проблем, относящихся к магнитооптическим явлениям в магнитоупорядоченных кристаллах Количество ссылок на оригинальныс публикации предельно ограничено, поскольку исчерпывающая библиография по магнетизму имеется в книге С.

В. Вонсовского «Магнетизм». М., «Наука», 1971. Эту же монографию следует в перву|о очередь рекомендовать читателю для расширения и углубления знаний в области физики магнитных явлений. Мне хотелось бы с благодарностью отмстить огромную помощь, которую оказали при написании этой книги мои товарищи по работе Е. Е. Чепурова, Е.

А. Гаиьшнна, Г. В. Мачавариани и В. Е. Зубов. Я искренне благодарен академику А. С. Боровику-Романову Глава 1 НАРА. И ДИАМАГНЕТИЗМ а 1 К ИСТОРИЧЕСКИЙ ОЧЕРК за целый ряд ценных замечаний, сделанных при рецензировании книги, и редактору Г. Е. Горелику, в большой мере способствовавшему улучшению качества изложения. Приношу также свою благодарность О. П. Ахматовой, В. Д. Горбуновой, Ш. В. Эгамову, Л. И. Панову, В. Г. Федулову за техническую помощь при подготовке рукописи к изданию. Поскольку это первая попытка изложения университетского курса по магнетизму, то здесь вполне возможны недостатки, и автор с благодарностью примет все указания на них.

Согласно наиболее правдоподобной версии слова «магнетизм», «магнит» произошли от названия греческой провинции Магнезия и города Магнсссы, в окрестности которого добывался камень, притягивающий железо,— магнетит. Эту версию сообщает Лукреций Кар в своей книге «О природе вещей». По Плинию, магнит назван по имени нашедшего его пастуха Магнеса 11). Исторнюо словах и о существе предмета имеет интересное современное продолжение. Магнетит является одним из представителей класса очень сложно устроенных магнитных кристаллов — ферритов-шпинелей, а именно магнетит — это феррит железа ГеО Ее»О».

Французский ученый Неель, разгадавший магнитное строение такого типа кристаллов, ввел в обращение для их обозначения специальный термин — ферримагнетики. За создание теории ферримагнетизма Неелю была присуждена Нобелевская премия по физике 1970 г. Таким образом, на разгадку тайны магнетита ушел немалый отрезок времени, более чем в 2,5 тысячелетия, равный всему периоду развития науки о физике магнитных явлений от греческих натурфилософов до наших дней. Легко прослеживается также линия: магнетит (магнитный железняк) — феррит — железо — «главный» ферромагнитный металл, полная разгадка магнитного строения которого, впрочем, не найдена до сих пор, что и дает дополнительное основание для написания учебников по магнетизму. Первым экспериментатором-маги итологом можно считать Пьера де Марнкура (Перегрина), который в опытах с терреллой, шарообразным магнитом из того же магнетита, установил ориентацию продолговатых брусков железа вдоль меридианов терреллы, он же ввел термин полюса магнита (1269).

Первую монографию по магнетизму написал Гильберт (21. Он изложил все известные до него факты по изучению магнетизма, а также результаты собственных обширных исследований. Он повторил опыты Перегрина с терреллой и понял, что террелла является моделью Земли„т. е. что Земля есть большой магнит, но объяснение магнитному притяжению находил в существовании у магнита души.

Материалистическую точку зрения на магнитные явления противопоставил Гнльберту Декарт. Магнитные «винтики> Декарта входят в единственные известные к тому времени магнит- ные материалы — магнитнып железняк, железо и сталь, происшедшие, по его мнению, из самых глубин Земли — через нарезные каналы в одвн полюс н выходят пз другого. Голландец Бургманс открыл в 1778 г. притяжение парамагнетиков и отталкивание диамагнетиков.

Начало интенсивных и, можно сказать, современных исследований магнетпзма можно отнести к 1820 г.; затем эти исследования расширялись н нарасталн вплоть до наших дней. Разобьем для удобства этот интервал на трн полувековых периода: !820— !870 гг., !870 †19 гг. и 1920 †!970 гг. Первый период начался с открытия Эрстедом связи между электричеством и магнетизмом; оп обнаружил влияние постоянного тока па магнитную стрелку, Ампер в докладе Французской Академии, прочитанном через семь дней после сообщения об открытии Эрстеда, высказал знаменитую идею о молекулярных токах как пришше происхождения магнетизма и доказал теорему об эквивалентности токов н магнитов.

В 1831 г. Фарадей открыл закон электромагнитной индукции, затем он повторил опыты Бургманса п ввел понятия диа- и парамагнетизма. В связи с исследованием диамагнетиков он также ввел понятие магнитного поля и в том же 1845 г. «намагнитил» свет, т. с. открыл эффект вращения плоскости поляризации света в стекле, помещенном в магнитное поле. Первый период достойно увенчали уравнения Максвелла. Второй период начался с первой экспериментальной работы по количественному изучению необычайно больших полей и нелинейных магнитных свойств ферромагнетпков. В работе «О функции намапгнчивания железа» Столетов измерил кривую зависимости магнитной проницаемости железа от поля (с максимумом). В 90-х годах был открыт и «утвержден в правах» электрон. В !896 г. Зееман обнаружил эффект расщепления спектральных линий в магнитном поле, а затем Лоренц создал электронную теорию эффекта Зеемана.

В 1897 г. Лармор доказал теорему о прецессии электрона в магнитном поле. В этн же годы Пьер Кюри установил температурную независимость дпамагннтной восприимчивости и обратную пропорциональность температуре магнитной воспрппм швостн парамагнетиков. Ланжевен в !905 г., используя представление об амперовых молекулярных токах, теорему Лармора и электронную теорию Лоренца, построил классическую теорию дна- н парамагнетнзма. Вейсс в 1907 г. создал первую современную теорию ферромагнетизма, основанную на гипотезах о существовании внутреннего молекулярного поля, приводящего к появчению спонтанной намагниченности у фсрромагнетика, и о разбиении ферромагнетика на домены, каждый из которых намагничен до насыщения. В эти же годы Аркадьев изучает поведение ферромагнетиков в переменных магнитных полях с целью обнаружения резонансного поглощения высокочастотного электромагнитного излучения — ферромагнитного резонанса. Начало третьего периода ознаменовалось введением Паули в Г920 г магнетона Бора — электронного кванта магнетизма.