Понятие о ферримагнетизме

В антиферромагнетиках магнитные моменты подрешеток были „=” по модулю и противоположны по направлению, поэтому они полностью друг друга компенсируют. Возможно когда магнитные моменты подрешеток неодинаковы (н-л, разные природы атомов подрешеток, неодинаковое количество атомов, образ-их подрешетки).

Тогда появляется отличная от нуля разность магнитных моментов подрешеток, приводящему к спонтанному намагничиванию кристалла.

Такой некомпенсированный антиферромагнетизм называют ферромагнетизмом. Общей формулой для веществ этого класса – ферриты. Является химическая формула MeO•Fe₂O₃ Me – двух валентный элемент, MeO – окись меди.

Смешанные ферриты, в состав которых входят оксиды нескольких двух валентных металлов. (NiO,ZnO•H₂O₃) Изменяя природу таких оксидов и их состояние, можно в широких пределах изменять магнетизм и другие свойства ферритов. В частности можно получить магнитомягкие и магнитожесткие ферриты, ферриты с петлей гистерезиса. Замеченной особенностью ферритов высокое электрическое сопротивление, превышающее сопротивление металлических ферромагнетиков в 10⁵ – 10¹⁵. Эта особенность позволила разрешить трудность, которая существовала в технике высоких и сверхвысоких частот в вопросе исполнения таких материалов. В ряде радиотехнических устройств для усиления полей в катушке с током помещаются сердечники (магнитопроводы) из ферромагнитных материалов. При питании катушек постоянным током сердечники можно изготовить из сплошного железа, при питании переменным током высокой частоты такие сердечники не пригодны (так как при перемагничивании возникают сильные вихревые токи, которые уменьшают КПД устройств, могут нагревать источники настолько, что устройство выходит из строя, нагревают сердечники). Сердечники стали изготавливать из тонких листов и мелких частиц ферромагнетиков, изолирующих друг от друга (вихревые токи уменьшились), но другие проблемы не исчезли (скин-эффект). Успех был достигнут лишь с созданием ферритов, которые сочетают магнитные свойства ферромагнетиков и электрические свойства диэлектриков. Для изготовления сердечников, катушек, трансформаторов, магнитных антенн, различных высокочастотных проводов используют

магнитомягкие ферриты (высокая магнитная проницаемость, высокая индукция насыщения В, велика остаточная индукция, низкая корцетивная сила Нс, маленький tg угла диэлектрических потерь). К таким ферритам относят марганцево-цинковые ферриты, Ni-Zn ферриты, и т. д.

Магнитожесткие ферриты: Fe-Co ферриты, бариевые. Имеют большую коарцетивную силу He, большую остаточную намагниченность Вr.

Применяют для изготовления постоянных магнитов. Высокое сопротивление ферритов позволяет применять в СВЧ - технике для подмагниченных систем.

§8 Доменная структура ферромагнетиков.

Рассмотрим возникновение доменов. Ферромагнетик в ненамагниченном состоянии разбивается на домены, намагниченные до насыщения. Причина- параллельная ориентация спиновых магнитных моментов, проходящая под влиянием обменных сил.

Пусть есть однодоменный кристалл, спонтанно намагниченный. Такой кристалл обладает высокой магнитной энергией, обусловленной возникновением на его торцах магнитных полюсов. При делении кристалла на два домена с противоположными направленными векторами спонтанной намагничиваемости магнитная энергия кристалла уменьшается в два раза, т.к. часть магнитного потока, выходящего из первого домена замыкается на другом домене. При делении кристалла на 4-е домена - магнитная энергия уменьшается в 4-е раза и т.д.

Таким образом, деление ферромагнитного кристалла на домены является следствием стремления системы уменьшить свою магнитную энергию. Но это деление не может происходить беспредельно, т.к. появление границ между соседними доменами 1 и 2, т.к. угол θ возрастает до 180° (θ-угол между спинами).

I θ=180 II

Если θ→180°, то увеличивается обменная энергия. Деление протекает до тех пор, пока уменьшение магнитной энергии, вызванное делением кристалла на домены, не компенсируется увеличением обменной энергии границ раздела между доменами. Дальнейшее деление на домены станет энергетически невыгодным. Этим и определяется нижний предел размера домена.

Рассчитаем эксперимент для F=0,1мкм-0,01мкм (поперечный размер домена). При скачкообразном переходе от 1-го к 2-му домену обменная энергия возрастает со значения -до значения +(-спин), т.е. на максимально возможное значение 4j. Как показывает расчет и опыт, энергетически более выгодным является постепенный переход спинов 1-ом домене к противоположной ориентации во 2-ом домене. Это протекает на протяжении некоторой области, называемой стенкой домена. В ней идетпостепенная переориентация спиновых магнитных моментов. Существует два типа стенок – стенка БЛОХА и стенка НЕЕЛЯ. Нарисуем структуру двух стенок:

I Нееля II I Блоха II

Происходит постепенное изменение вектора намагничивания. Чем толще магнитная стенка, тем на меньшее суммарное значение изменяется обменная энергия при переходе от одного домена ко второму. Толщина стенки, должно казалось бы, беспредельно расти. Но этому препятствует магнитная анизотропия. Кристалл Fe имеет 6 направлений легкого намагничивания. При спонтанном намагничивании спиновые магнитные моменты располагаются по одному из этих направлений. Вследствие чего, энергия магнитной анизотропии оказывается минимальной. В доменных стенках спиновые магнитные моменты откланяются от осей легкого намагничивания. Энергия магнитной анизотропии увеличивается, причем тем сильнее чем толще стенка. Поэтому толщина стенок растет до таких значений, при которых уменьшение обменной энергии, вызванное 4j появлением не компенсируется возрастанием энергии магнитной анизотропии. Для стенок Блоха толщина 300 ат.раст. (для Fe). Еще большего понижения магнитной энергии можно достичь, замыкая вертикальные домены горизонтальными клиновидными доменами.

Т.к. в направлении легкого намагничивания Fe несколько удлиняется. Это явление называется магнитострикцией и горизонтальные направления должны оказаться упругосжатыми. Равновинная магнитная структура достигается, когда уменьшение магнитной энергии, вследствие появления замыкающих доменов компенсируется ростом упругой энергии кристалла, вызванной деформацией этих доменов. Доменная структура сильно зависит от формы образца. Если образец имеет форму узкого стержня с осью легкого намагничивания, направленной вдоль стержня, то такому образцу не выгодно энергетически разбиваться на домены (образец однодоменный). Важна и кристаллическая структура нашего образца.

Дата добавления: 2014-01-06; Просмотров: 316; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!