Файл: Мишин Д.Д. Процессы намагничивания и перемагничивания в магнетиках конспект лекций.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 02.08.2024
Просмотров: 55
Скачиваний: 0
КАЛИНИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ'
Д.Д.МИШИН
ПРОЦЕССЫ НАМАГНИЧИВАНИЯ И ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЯ В МАГНЕТИКАХ
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
КАЛИНИН 1973
научно-токн;;-:еская
Г С Р СКЗЕМПЛЯР
АННОТАЦИЯ
В конопекте лекций "Пропеосн намагничивания и леремагничивания в магнетиках" приведена физическая систематизация основных резуль татов научно-исследовательских работ по изучению процеооов намаг - ничивания и перемагничивания магнетиков с учётом их реальной, т . е . содержащей дефекты криотал-лческой решётки. При этом используются новые достижения в облаоти физики реальных кристаллов. При состав лении конспекта лекций был использован многолетний опыт автора,чи тающего курс для отудентов физиков-магнитчиков.
Конспект лекций может быть иопользован студентами и аспиранта ми университетов, втузов , где изучаются магнитные материалы.
Ответственный редактор:
кандидат физико-математических наук А.И.ЦЖЕЛЕВ
ВВЕДЕНИЕ
Роль иагнетиков в современной технике систематически возрас тает. Их применение во многих случаях существенно влияет на разви - тие таких важнейших областей техники, как электромашиностроение,ра диотехника, электронная техника, приборостроение^ вычислительная техника, автоматические устройства и системы управления. В связи с возрастающим применением магнетиков прогрессивно увеличивается произ водство магнитных материалов, разрабатываются и находят все большее использование новые виды магнетиков.
Свойства магнитных материалов чрезвычайно структурно-чувстви тельны. Так, магнитная проницаемость и коэрцитивная сила многих маг нетиков в зависимости от структурного состояния могут изменяться в десятки тысяч раз. В связи с необходимостью выяснения физической при роды специфической структурной чувствительности и огромного практи - ческого значения магнитных свойств магнетиков возникла и в последние годы развилась физика магнитных материалов.
Развитие физики магнитных материалов имеет большое значение и для современной физики реального твердого тела в целом. Магнитные ма териалы обладают структурой твердых тел, но в то ке время обладают и специфическими магнитными свойствами, изучение которых во многих слу чаях дает возможность получить такие сведения о микроструктуре реаль
ного твердого тела, которые не могут |
быть получены другими путями. |
- 3 |
- |
Несмотря на большое техническое и научное значение, многие вопросы физики магнитных материалов изучены еще недостаточно. Повы шение свойств магнитных материалов соотавляет важнейшую и актуальней шую проблему физики магнитных материалов .Основными задачами этой проб лемы являются установление механизмов процессов намагничивания и перемзгкичивания, обусловленных реальной (дефектной) структурой кристал лической решетки, развитие количественной теории и на этой основе разработка способов повышения свойств магнитных материалов.
Глава первая ОСНОВНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ .ЭЛЕКТРОНОВ В МАГНЕТИКАХ
§ Магнитные моменты, обусловленные собственным (спиновым) и переносным (орбитальным) движением электрона.' Магнитный момент атома
Элементарными носителями магнитных моментов в веществах
являются электроны. Магнитные моменты электронов обусловлены как собственным (спиновым), так и переносным (орбитальным) движением. Спиновый иагнитный ыоиент электронаJts вычисляется по формуле '
где |
в |
= |
4 . 8 . I 0 " 1 0 |
СГСЭ - |
заряд |
электрона, |
|
|
|
||
|
/Л |
« |
9 , 1 . Ю - 2 0 |
г |
- |
масса |
покоя |
электрона, |
|
|
|
|
С |
= |
3.10*° с м . с е к - ! |
- скорость света в |
вакууме, |
|
|||||
|
|
= |
6 , 6 . Ю - ^ 7 э р г . с е к |
постоянная |
Пленка. |
|
|
|
|||
|
Jig |
= 0 , 9 . Ю - 2 0 |
эрг.сек- -1 - магнетон Бора. |
|
|
||||||
(Иагнитный момент электрона |
^^обусловленный |
его |
движением |
по |
|||||||
замкнутой |
орбите вокруг ядра в атоме, |
зависит |
от |
квантового |
с о с |
||||||
тояния и может быть вычислен по формуле |
|
|
|
||||||||
|
|
|
®e--jfc\m^ti*m77)juu, |
|
|
( i - з ) |
|
||||
где |
-С |
— орбитальное |
квантовое число, |
определяющее абсолютную ве |
личину |
механического орбитального момента электрона. |
При данном |
||
главном |
квантовом числе |
орбитальное квантовое |
число |
принимает |
Л воамо.тних значений |
С - 0 , 1 , 2 . . . |
|
(fl-I) |
Атомы всех магнетиков являются иногоэлектрснными. Магнитный мо - мент многоялектронны/. атомок яекторкэ складывается из спиновых я
-ri -
орбитальных |
моментов отдельных электронов по формуле |
|
|||||
|
|
|
Д = Д |
COS (О) tД |
COS(fi) |
i |
(1-3) |
где |
fl/j |
- |
проекция |
магнитного |
момента |
атома на направление век |
|
|
|
|
тора полного механического момента атома; |
|
|||
|
j^l |
- |
проекция |
суммарного |
магнитного момента всех |
магнитно- |
|
|
|
|
нескомпенсированных электронов на направление вектора |
||||
|
|
|
механического орбитального движения; |
|
|||
|
Jit, - |
проекция суммарного опинового магнитного момента всех |
|||||
|
|
|
магнитно-нескомпенсированных |
электронов. . |
|
\ 1-2. Обменное взаимодействие электронов. Самопроизвольная намагниченность магнетиков
Основной особенностью магнетиков является наличие у них са мопроизвольной (спонтанной) намагниченности, существующей независи мо от действия внешних магнитных полей.
Самопроизвольная намагниченность магнетиков обусловлена спе цифическим квантово-механическиы обменным взаимодействием электро - нов. Энергия системы электронов зависит от величины их результи рующего спинового магнитного момента. Эту энергию (обменную) для двух электронов записывают в таком виде
где А - параметр (имеющий |
размеры |
энергии), зависящий от |
взаимного |
|||
располоаения |
электронов, |
а |
^,^1 |
- |
единичные вектора |
спинов. |
Если Л •=* 0, |
то минимуму |
обменной энергии |
£ ^ r t соответствует парал |
лельная ориентация спинов. При.А -= 0 минимум '.реализуется при анти параллельной ориентации спинов.
Параллельная ориентация спиновых магнитных моментов либо антипараллельная ориентация различных по величине суммарных спино вых магнитных моментов обусловливает самопроизвольную намагничен - ность магнетиков.
Если самопроизвольная намагниченность нарушается и возни кает некоторая неоднородность намагниченности, то увеличение обмен
ной энергии может быть вычислено |
по |
формуле |
- |
6 |
- |
AEriffillMxf* |
< VvLy)** ( VUi ) * J t |
(1-5) |
где 7 c^i ({'Х/У/?) |
- градиенты направляющих косинусов вектора |
самопроизвольной намагниченности относительно координатных осей,о- паранетр кристаллической решетки.
Энергию обменного взаимодействия можно определить по величи не температуры Кюри каждого магнетика. При нагревании магнетиков из-ва увеличения хаотического теплового движения атомов параллель ная ориентация опиновых магнитных моментов электронов нарушается^ самопроизвольная намагниченность уменьшаетоя (рис; i - i ) .
При достижении температуры Кюри (в случае ферромагнетиков) или температуры Нееля (в случае ферримагнетик'ов) самопроизвольная намагниченность исчезает, т . е . энергия хаотического теплового дви жения атомов достигает величины обменной энергии
|
|
К в-А |
, |
(1-6) |
где К - |
постоянная |
Больцмана, |
|
|
в - |
температура |
Кюри (Нееля). |
|
|
|
§ 1-3, Магнитокристаллическое взаимодействие |
|||
|
электронов. Константы |
магнитокристалллческой |
||
|
|
анизотропии магнетиков |
||
|
Экспериментально было обнаружено, что при измерении магнит |
|||
ных свойств (кривых намагничивания) |
в рааличвых кристаллографичес |
|||
ких направлениях наблюдается |
аниаотропия. На рис. 1-2 представлены |
кривые намагничивания монокристаллов железа, никеля и кобальта, из
меренные при намагничивании в различных кристаллографических |
на - |
||
правлениях. Кристаллографические |
направления для железа, никеля |
и |
|
кобальта соответственно -<100>, «-ИЬ», >«0001» являются осями |
легко |
||
го намагничивания. |
|
|
|
Разность в энергиях при намагничивании в направлении |
трудно |
||
го и легкого намагничивания характеризует энергию магнитной кри |
- |
||
оталлографической анизотропии EatiUi. |
• |
|
|
- 7 . -
Рис.1-1. Экспериментальные кривые, характеризующие температурную зависимость намагниченности насыщения железа, никеля и кобальта