Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001274-5
Скачать (прямая ссылка):
Микроскопический механизм, приводящий к перемене знака коэффициента Кг, объясняет и резкое возрастание коэффициентов магнитострикции при охлаждении образцов магнетита до температур, меньших Тт. Этот эффект еще не нашел применения ни в гео-, ни в биомагнетизме, хотя благодаря ему можно было бы исследовать неоднородные напряжения в магнетите, измеряя магнитострикцию или другие зависящие от нее параметры в окрестности температуры Тт.
3.4. Зависимость от давления
Анизотропия, магнитострикция и температура Кюри магнетита слабо зависят от гидростатического давления. Коэффициенты Кг и К2 уменьшаются с ростом давления на 5 %/кбар, а А., п и Х.100 увеличиваются на 15 %/кбар (Nagata, Kinoshita, 1967). Температура Кюри магнетита и некоторых титаномагнетитов меняется примерно на
2 К/кбар (Schult, 1970).
4. Магнитные доменные состояния
4.1. Теория доменов
Некоторые магнитные свойства, особенно коэрцитивная сила и остаточная намагниченность, очень сильно зависят от размеров частиц в образце. На рис. 2.3 схематически изображена такая зависимость коэрцитивной силы для магнетита. Здесь также указаны области, в пределах
ds d0 Размер частиц dm
Рис. 2.3. Схематическое изображение зависимости коэрцитивной силы Нс от размера частиц образца магнетита. Пунктиром отмечены границы областей суперпарамагнитного (СП), однодоменного (ОД), псевдооднодоменного (ПОД) и многодоменного (МД) состояний.
которых имеют место суперпарамагнитное, однодоменное, псевдоод-нодоменное и многодоменное состояния. Коэрцитивная сила достигает максимума в однодоменном состоянии. При увеличении или уменьшении размера частиц по отношению к размеру, соответствующему этому максимуму, коэрцитивность падает вследствие появления магнитных доменов в первом случае и из-за возрастания роли тепловых флуктуаций - во втором. Во втором случае коэрцитивность падает до нуля при переходе из однодоменного в суперпарамагнитное состояние. Нужно отметить широкий диапазон размеров частиц, в котором происходят все эти явления,-от сотен ангстрем до сотен микрон.
Представление о доменах-одно из основных в магнетизме. Магнитными доменами называются области магнитного материала, внутри которых намагниченность однородна и направлена везде одинаково; направления намагниченности разных доменов могут различаться. Намагниченности доменов, направленные в противоположные стороны, могут компенсировать друг друга так, что остаточная намагниченность многодоменной частицы будет равна нулю (рис. 2.4, А), однодоменная же частица всегда намагничена до насыщения (рис. 2.4, Б). Поворот намагниченности от направления в одном домене к направлению в соседнем домене происходит непрерывно в области, называемой доменной стенкой. Чаще всего встречаются 180- и 90-градусные стенки, которые разделяют домены с соответствующими углами между намагниченностями (см., например, Chikazumi, 1964).
В основе образования доменов лежит достигаемый при этом выигрыш магнитной энергии. На поверхности однородно намагниченной частицы существуют магнитные полюса, взаимодействие которых дает существенный магнитостатический вклад в энергию частицы (рис. 2.4,5). При возникновении доменов магнитостатическая энергия
2. Ферримагнетизм магнетита +
+
А
Б
Рис. 2.4. Распределение магнитных моментов и полюсов в многодоменной (А) и однодоменной (Б) частицах.
поверхностных магнитных полюсов уменьшается (рис. 2.4, А); правда, появляется вклад в энергию, связанный с наличием доменных стенок. В результате минимизации этих двух энергетических вкладов при данном размере частицы, температуре и внешнем магнитном поле и возникает равновесная конфигурация доменов.
При анализе доменной структуры необходимо рассматривать несколько составляющих энергии Е:
Обменная составляющая Еовм обусловлена отклонением от параллельности соседних спинов в доменной стенке, при увеличении толщины которой уменьшается. Составляющая, связанная с магнитокристаллической анизотропией Еа, появляется из-за несовпадения направления намагниченности с направлением «легкой оси»; чем большб эта анизотропия, тем меньше толщина доменной стенки. Магнитострик-ционная энергия Емс определяет тип стенки: + 180- или 90-градусная. Роль магнитостатического вклада ЕМСТ упомянута выше. Наконец, Еп -это энергия моментов доменов во внешнем магнитном поле. В достаточно большом поле моменты всех доменов выстраиваются вдоль направления поля и доменные стенки исчезают. Обзоры доменной теории даны в работах Kneller, 1969; Cullity, 1972; Stacey, Banerjee, 1974.
Энергия E является функцией намагниченности, которая считается постоянной по величине, но может иметь разное направление. Условия минимума этой энергии представляют собой нелинейные уравнения в частных производных, и их решения в принципе описывают и домены, и доменные стенки, однако получение таких решений в общем случае представляет собой очень сложную математическую задачу (Brown, 1978). В ряде частных случаев (большие поля, специальная форма образца: бесконечный цилиндр, сфера) уравнения можно преобразовать
