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: 89

Скачиваний: 0

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

Если,в

частности,приложить постоянное

поле Но

о т момента времени

to

до t = 0, намагниченность

для

т{.;=-£>не зависит

от t D .

 

 

Предыдущие экспериментальные законы указывают, что это после­ действие обязано своим происхождением локальному магнитному полю, случайный характер этих флуктуации согласуется с тем фактом, что принцип суперпозиций не соблюдается. Модель, построенная Неелем для объяснения последействия, основывается на этой идее.

Рассмотрим стенку, разделяющую два домена, в равновесии в поле Н0 в положении J?„ . Тепловое движение вызывает локальное изменение направления спонтанной намагниченности.

Отсюда следует, что локальное магнитное поле флуктуирует во времени с высокой частотой таклм образом, что на стенку действует поле

 

 

 

 

Иа,

-

tl(q

•

 

'

(6-67)

Поле А/^имеет вид, представленные на

рис. 6-15.

 

 

 

 

 

Оно имеее

огибающую изображенную

на рис. 6-15 штриховой ли­

нией, что

мы обозначили

через

hm^j

 

. В двух различных доменах

поля флуктуации

h(i)

различны,

но

огибающая кривая

h т

 

(Ц

,

которая является величиной статической, та же. Можно показать,

пользуясь

предположениями, что hm^)

 

может записаться

 

 

 

 

 

hm(i)=

(0.

+-Со$ 4),

 

 

 

(6-68)

где

S yi

- характеристическая

постоянная вещества,

не зависящая

от

приложенного

магнитного

поля

и в

первом приближении

изменяю­

щаяся как

корень квадратный абсолютной температуры. Действитель­

но,

если

бы намагниченность обратимо

следовала за изменениями по­

ля,

она просто

бы флуктуировала

между границами, которые

возрас­

тали бы с возрастанием поля. Эту необратимооть легче объяснить в

области слабых полей, где были проделаны самые многочисленные

;

эксперименты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть

Тв

намагниченность

в

поле

Но , -которое было достигну­

то путем увеличения значения. Еслл увеличить поле на

л

//е

,

то

увеличение намагниченности

будет

равно

 

 

 

 

Если, наоборот,

уменьшить

поле

 

И0

,

то и намагниченность

умень­

шится

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Л1'0=айЯв.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(6-69<3)

- 105 -

Рис.6-15^ 'изменение со временем поля теплового последействия

o . i

I

ю

ioo 1000 H C ( G E )

Рио.6-16. Соотношение менду коэрцитив­ ным полем и коэффициентом

- 106 -

Если приложить переменное поле с амплитудой й Л , то намагни­ ченнооть будет флуктуировать между величинами

Л * ! . *

(а+фНо

 

( б - 7 0

а )

/ Л I'

-Я* АН0^10

+ (с-а)* Но,

(6-70

б)

ОО

еесреднее значение

Отсюда следует, что в случае флуктуационного последействия, локальная намагниченность быстро изменяется в области ореднего значения

1<Н) ^htoto'C-SitQ* г<$ -L) ( б _ 7 2 )

единственного, которое макроскопически измеримо.

Этот закон изменения намагниченности со временем эксперимента­ льно подтвержден в очень широкой облаоти времен. Постоянная <Sv является характеристикой образца, хотя теоретической овязи не с у ­ ществует между <SV и коэрцитивным полем Яс .Однако устанавлива­ ется некоторая параллельность в изменении этих двух величин, как это следует из рис.6-16.

Глава седьмая

НАМАГНИЧИВАНИИ И ПЕРЕМАГПИЧИВАННЕ МАГНЕТИКОВ В ПЕРЕМЕННЫХ ' МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ

Магнитные свойства (кривые намагничивания, потери энергии при перемагничивании и др.) в переменных магнитных полях являются важ­ нейшими эксплуатационными свойствами многих магнетиков. Разработа­ ны магнетики практически для всего известного диапазона частот переменных магнитных полей. Наиболее характерными диапазонами час­ тот намагничивания и перемагничиванин магнетиков являются: 50 герцосновная частота сильных переменных полей; 400-10000 - звуковые ча­ стоты, 100 килогерц-мегагерц-радиочастоты, тыоячи мегагерц - сверх­ высокие частоты (СВЧ). Для кандого из этих диапазонов характерны свои особеннооти процессов намагничивания и перемагничиванин магне­ тиков .

§ 7 - 1 . Уравнение движения доменной границы

Намагничивание и перемагничивание магнетиков под действием пе­ ременного поля осуществляется посрелством смещения доменных границ. При малых амплитудах поля периодическое движение 180-градусной до -

менной границы

определяется

как

и в простом гармоническом осциллято­

ре эффективной

массой

т

,

вязким коэффициентом

затухания Jb

и

 

квазиупругим коэффициентом оЬ . Доменная граница испытывает давле­

 

ние Я Т3

И

»

где

/ у

- самопроизвольная намагниченность, Н - ком­

понента

напряженности

поля,

параллельная

вектору

Т3

,

в

простейшем

случае синусоидальная функция времени. Уравнение движения доменной

 

границы на

единицу

площади

при

малых смещениях Z

от

положения

 

равновесия

будет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( 7 - D

 

Физически уравнение (7-1) означает,

что смещение границы

опре­

деляется

инерцией

границы

m %

, силой

затухания уЗ St

,

тормозя

-

щей движения и квазиупруго^

силой

. Параметры

и^ув

 

опре

-

деляются свойствами магнетика. Квазиупругая сила возникает в резуль­ тате взаимодействия доменной границы с включениями или другими де -

Фектами

решетки

в магнетике, т . е .

- является структурно-чув­

ствительным

параметром. Магнитная проницаемость пропорциональна

/Н,

где

<3?

- определяется равновесным решением уравнения(7-0.

~ 108 -

 

Внешнее

поле Н можно записать

в комплексной формеДОа Цв-е

.

Вещественная

и мнимая части решения

дают соответственно веществен­

 

но

и мнимо J*-" части

магнитной

проницаемости. Комплексная

 

проницаемость

yW'-с-^с''.

Мнимая проницаемость связана с поте­

 

рями энергии при смещении доменкой границы. Возможен резонанс сме­ щения границы, подобно резонансу тока в электрической цепи с после­ довательно включенным сопротивлением Л , самоиндукцией Ь и ем - костью С. Во многих магнетиках квазиупругая сила мала, а затухание велико, так что инерционный член не играет существенной роли,и ре­ зонанс границ не наблюдается.

При больших амплитудах внешнего п-ля доменная граница прохо­ дит большие участки магнетика, встречает включения, на которых мо - гут образовываться клиновидные замыкающие домены. Смещение границ при этом необратимо. Возникает магнитный гистерезис. Описание тако­ го процесса только с помощью квазиупругой силы сделать нельзя. Если доменная граница смещается с малой скоростью, то член уравнения

(7-1) с Z пренебрежимо мал. В этом случае влияние включения может быть описано в предположении, что поле, вызывающее смещение границы, меньше внешнего поля на величину Н е

Результирующая сила

как раз

будет достаточна,

чтобы преодо­

леть вязкое сопротивление

движению

границы. Вместо уравнения (7-1)

можно записать

 

 

,

 

jbX = ZIS

С#~#с)-

( 7_2)

В соответствии с (7-2) экспериментально было обнаружено,что скорость смещения границ равна нулю, пока внешнее поле не достиг - нет значения, примерно равного коэрцитивной силе. При больших полях скорость смещения границы линейно увеличивается с ростом поля. При еще больших полях доменная граница монет принять цилиндрическую форму и стянуться в ось цилиндра. Уравнение (7-2) при этом уже не выполняется. На образцах кремнистого железа - ыонокристалличеокого феррита в виде рамок с единственной доменной границей была изучена зависимость скорости смещения доменной границы от величины дейст - зующего ноля.

На рамочный обраэец были намотаны две обмотки: первичная,на которую подевался прямоугольный импульс тока, и вторичная, в кото­ рой индултирозалась электродвижущая сила во время прохождения им - пульса. 5 . Д . С, индуктируемая во вторичной обмотке, пропорциональ-

- 109 -

иа скорости изменения магнитного потока в обрааце, которая в свою очередь пропорциональна скорости движения доменной границы. . На ряо.7-1 приведены результаты этих экспериментов.

Экспериментальные результаты удовлетворяют уравнению 7-2. Наклон прямой определяет параметр вязкого разбухания.

При увеличении скоростей доменных границ наблюдается не

-

линейность доказанная на рис.7-2. С появлением нелинейности об

-

наружено искажение формы кривой напряжения,индуктируемого во вто­ ричной обмотке во время импульса постоянного внешнего поля.

При малых смещениях в магнетике с одной 180°-й границей связи между проницаемостью и смещением выражаются формулой

U =

JAJL

-

8 Н - Л • S

9

(7-3)

^

и*Н

'

S

• И

*'

где S - ширина доменной

границы,

5

- площадь поперечного с е ­

чения намагничивающей катушки. Экспериментальные результаты приве­ дены на рис.7-3. Эти результаты согласуются с уравнением 7 - 1 , если

пренебречь членом fti ,

т . к .

экспериментальные результаты относят­

ся к случаю релаксации, а не

резонанса границ. Таким образом, в

данном случае уравнение

(7-1)

принимает вид

/>4+и

Я*

*TS

Н'•

 

 

(7-4)

Если На Н 0 , б 1 и } ,

то

решение (7-4) будет

удовлетворять и

уравнению ( 7 - 3 ) . Посредством сопоставления решения с данными

рис.7-3 можно определить

об

и J& . Величина

оказывается рав­

ной 9 5 0 0 , 0 , 5 .

Последняя

очень близка к значениям,

полученным

ив уравнения ( 7 - 2 ) .

 

 

 

 

 

 

Экспериментальное

доказательство

существования

эффектив­

ной массы доменных границ

было получено

при измерении

зависимости

проницаемости от частоты в поликристаллических ферритах (рис . 7 - 4) . Резонансное колебание границ наблюдалось в двух областях частот:

одна ниже 2 0 M r r a i другая

выше 1000 Мггц . Резонанс при частоте

ниже 200 Мггц обусловлен

резонансом движения границ. Резонанс

при более высоких частотах обусловлен резонансом вращения в доме­ нах, т . е . ферромагнитным резонансом во внутренних нолях, опреде­ ляемых магнитокристаллической анизотропией, магнитострикцией и размагничивающими эффектами.

§ 7-2. Эффективная масса доменной границы Движущаяся доменная граница отличается от покоящейся грани­

цы по энергии, обусловленной размагничивающими эффектами, причем - НО -

Смотрите также файлы