Файл: Мишин Д.Д. Процессы намагничивания и перемагничивания в магнетиках конспект лекций.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 02.08.2024

Просмотров: 74

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Экспериментальные результаты

Изложенная математическая модель дэет описание эксперимен­ тально полученных результатов. Наиболее полное исследование пос ­ ледействия было проведено на углеродистых сталях, для которых явление последействия наблюдалось при температуре, близкой к ком­ натной. Образец подвергался воздействию поля длительность д~ , ко ­

торая представлена на рис. 6-5

 

Н = 0,

если

-£ -г- 0 »

Н = Н0 ,

если для

-в^-1<0,

Н = 0 для

-1*0.

Изменение магнитной индукции наблюдается и при отсутствии поля, воли {>0 . Это изменение в{{) в логарифмическом масштабе представ­ лено на рис. 6-5. Используя результаты предыдущих параграфов, мож­ но записать

 

ва[Гш-*(***)!-

 

 

 

( 6 . 3 3 )

В частном

случае, когда в очень велико,

3(4)просто

равна

функции

На рис. 6

-5 точки изображают значения

B0(i), вычисленные

с исполь­

зованием

функции T(-t),

определенной

исходя из

(-с).

 

Было исследовано

также влияние

температуры на последействие.

Постоянные времени, которые определяют шкалу времен последействия, зависят'от энергии активации 6 , соответствующей потенциальному барьеру, разделяющему различные промежуточные области(рис. 6-6'/

Ъ **А

Если же при температуре Тв

изменение индукции выражается

следую­

щим равенством

 

 

 

 

 

то при температуре Т она будет

 

 

 

»т - в4п

•>•

1

& & -

( М 6

)

диффузное магнитное последействие является проявлением свой­

ства доменных стенок,

их стабилизации. Рассмотрим^ отенку,

разде­

ляющую два домена намагниченных соответственно

Т^ъТ^ .

 

- 91 -

Рис.-5-6, Изменение во времени индукции угле­ родистой стали при различных температурах

Рис.6-7. Изменение энергии стабилизации с течение;! времени

- 92 -

Если

она долго находилась в одном и том же положении,

то для т о ­

го,

чтобы её переместить,необходимо затратить большую

энергию,

чем еоли бы она только что установилась в этом положении. Именно это явление называется стабилизацией. Движение доменной отенки аналогично движению шарика по упругой поверхности, которая проги­ бается под влиянием веса шарика: когда он останавливается в ка­ кой-то точке, то попадает как бы в выемку! таким образом, чтобы

его

сдвинуть, необходимо

оовершить работу большую, чем тогда, ког­

да

он только

что пришел в

данную точку. Причиной

этой стабилиза­

ции являются

внедренные примесные атомы углерода

или азота, нахо­

дящиеся в малом количестве во всех магнетиках, в которых наблюда­ ется явление последействия. Эти междуузельные атомы могут диффун­ дировать в решетку и занимать положения, которые, учитывая напра­ вление намагниченности, энергетически более выгодны. Для диффу­ зии внедренных атомов необходимо какое-то время, с которым связа­ на стабилизация доменных стенок, Еще не оовсем ясен механизм, ко ­ торым внедренные атомы блокируют намагниченность: они могут дей­ ствовать на магнитострикцию (по Сноеку) или, что болеэ вероятно,- на магнитную анизотропию (по Неелю). Между этими двумя теориями трудно провести четкую границу, так как и та и другая имеют полу­ феноменологический характер, рднако действующие энергии значитель­ но больше в теории Нееля, которая поэтому кажется более основа­ тельной. Формально можно объяснить стабилизацию следующим образом.

Предположим, что в течение некоторого

времени

намагниченность

7 $

была

параллельна

единичному вектору

(<£,,ил.<*-%} •

 

 

Чтобы

заставить I s

изменить направление

на направление

fi

0 s >

« У 3 *

/ ft*

) * H^XR0

затратить,

кроме магнитокристаллической

энергии, дополнительную энергию, называемую энергией стабилиза­ ции. Её выражение

 

 

4

* - » Y - < , y <

 

*

(6.36)

где

_

растущая функция времени.

 

 

 

 

Если

намагниченность

изменяла направление U> на направле­

ние

в момент времени t

-

0, то

след

её пребывания в

направле­

нии иС постепенно

стирается,

тогда

как

стабилизация по направле­

нию X' устанавливается очень медленно. Таким образом, если в_мо-

мент времени t хотят изменить

направление намагниченности

наJ> ,

то

дополнительная

энергия,

которую

необходимо затратить,

будет

(X)&)

-t-sfr)

>

(6_3?)

где ^функция, убывающая во времени, равная У при £ = 0 и отреиящаяся к нулю, когда t растет до бесконечности (рис.6т7). Таким образом,перемещение стенки будет тем труднее, чем дольше сохра­ няются намагниченности соседних доменов.

 

§

6-2..Механизм магнитного последействия

Магнитное последействие связано с диффузией атомов углеро­

да или

азота в

железе. Дейс;вительно, последействие

уменьшается

и исчезает при

очищении

железа и появляется вновь,

если снова

ввести

углерод

или азот

. Именно диффузия этих атомов должна вы­

зывать последействие. Рассмотрим кристалл железа, содержащий ато­ мы углерода. Атомы углерода могут занимать три идентичных кристал­

лографических положения,

Изображенные

на рис.6-8. Каждый ив них

окружен двумя атомами железа, и прямая,

соединяющая их,

паралле­

льна оси кубической системы ОХ,

ОУ и

02.

 

Обозначим через nt,

Я»,/7,

число

примесных атомов,

занимаю­

щих каждое из этих положении

 

 

 

 

 

П,

+лх

 

 

 

где П - общее число примесных атомов. В отсутствие намагничен­ ности эти азличнне положения энергетически равноценны. В при­ сутствие намагниченности TJ, параллельной , добавляется, как следотвие примеси,энергия

А* К

( 6 _ з 8 )

пропорциональная квадрату косинуса утла ^ между направлением намагниченности и прямой, соединяющей два (наиболее близких к примесному атому) атома железа. Эта частичная энергия анизотро­ пии должна сопровождать смещение атомов решетки и тем_ самым вли­ ять на ориеитацию самопроизвольной намагниченности t5 . Эта гипо­ теза сформулирована Неелем, тогда как у Сноека энергия стабилиза­ ции является следствием ослабления внутренних напряжений отенок, вследствие магнйтоотрикции, Рассмотрим механизм стабилизации в рамках теории Нееля. Главное различие между этими двумя теория-

Рис,6-8. Располонение прииесных атоиов в объёиоцентрированкой решетке: чёрные крукочки-ато- мн решетки, белые - прииесные атомы

' О -

Ч - 0 >

- 6

-

Рис.6-9. Положение междоузлий, окрунавщих промежуточный атом

- 95 -

ми, помимо микроисточника стабилизации, в том, что в теории Снов­ ка стабилизируются сами стенки, тогда как в теории Нееля стабили­ зируется намагниченность доменов. Это различие в понимании меха­ низма стабилизации влечет за собой разницу в порядке величины

энергий в том и в другом случае. Когда достигнуто

температурное

равновесие

и намагниченность

в течение долгого времени имела

 

направление oL ,

то Л ^ будет

выражаться

 

 

если V

мала по

сравнению с

Кь

Т

 

 

 

 

 

 

- fL^lГ-^с•

 

>JFerJ-

 

(6-39

Если внезапно изменить направление намагниченности

с % на X

' ,

то

степень

занятости различгцх

узлов

не успевает изменяться,

отку­

да

сразу

после

изменения направления

энергия будет

 

 

Точное значение коэффициента №=щ^, установить трудно. ТУ долж­ ен соответствовать очень сильной анизотропии, аналогичной магни-

токристаллической

анизотропии

PJn-Bi

,

что

приводит к

значению

W e *-v

-iO' iS3/ii

. При. более

значительном

процентном

содержании

углерода

П может

иметь порядок 2.10-^н,

следовательно,

W ~ = 100

эрг/см 3 .

По сравнению с этой энергией,

энергия в процессах стаби­

лизации,

установленная Сноеком, будет

всегда

мала и ею можно пре­

небречь. Поскольку намагниченность не является постоянной в тече­

ние достаточного

времени,

то и энергия стабилизации меняется

с те ­

чением времени вследствие диффузии примесных атомов. Примесные

атомы переходят

из одного

положения в другое, изменяя таким

обра­

зом относительную

населенность трех положений. Число

й,П,примес­

ных атомов, покидающих некоторый объем, например,объем

( I ) в т е ­

чение времени

dt

, пропорционально населенности этого объема.

Эти примесные

атомы должны приходить из положений, занимаемых

ими в двух других

объемах (рис . 6 - 9) .

 

Уравнения изменения населенности примесными атомами можно записать в следующем виде

- 96 -

$ г - - - чп<' £ faп* +o*n>h

iff'' °*Лл * w °<1

di

3

(6-42)

где ft? - равновесная концентрация

l -той ориентации

Поскольку /7T- примерно

равно

n

, то для /7, ztl -

можно

( 6 - 4 3 )

"3"

записать

flfy".

За /

/7 f _

у ) .

 

 

На основе последнего равенства можно записать уравнение изменения

энергии

стабилизации

 

 

 

 

_ я »

7

 

 

 

 

 

dfsC-il-

За In ,

 

 

где /^значение,

которое имела бы энергия

стабилизации, еоли

бы

намагниченность в течение

длительного промежутка

времени имела

то же направление, что и в момент временив. Полагая

T=-J~r

,

имеем

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

За­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Время релаксации Т связано с потенциальным

барьером

С , разде­

ляющим два междоузлия следующим образом

 

 

 

 

 

 

 

 

= - ) о ex/i

(-jc-f)

 

•

 

 

 

(6-47)

 

где

некоторый констант.

 

 

 

 

 

 

 

 

Можно предположить, что значения <£ равномерно

распределены между

двумя границами,

которым соответствуют времена

релаксации Т* и

,

что приводит к закону

распределения

времен релакоации

ана­

логично

тому

закону, который

пользовался в формальной теории

п о с ­

ледействия. При втих условиях изменение энергии

стабилизации

всм

времени может

быть представленов виде

 

 

 

 

 

 

Frfa

- J 0

Fs U - в)

& ( в) d

 

&,

 

 

 

(6_48)

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G ^ - f ' M

^ ^ dс

'

t ,

 

 

 

(6-49)

 

 

''ieyJ0

-"-^Г^-

 

"

 

 

 

 

 

97 -

Смотрите также файлы