Механика электромагнитных сплошных сред - Можен М.
ISBN 5-03002227-9
Скачать (прямая ссылка):
Отметим, что /, а следовательно и f, должно быть положительно, чтобы
магнитные спины стремились выстроиться параллельно (ферромагнетизм).
Следовательно, квадратичная форма, определенная вторым уравнением
(1.6.14), должна быть положительно определенной.
Ферромагнитные тела также проявляют свойства анизотропии, описываемые при
помощи энергии анизотропии или магнитокристаллической энергии;
намагниченность стремится ориентироваться вдоль определенных
кристаллических осей - так называемых направлений легкого намагничивания.
Энергия анизотропии, как считается, появляется на микроскопическом уровне
в результате совместного действия, эффектов спин-орби-тальных
взаимодействий и частичной потери орбитального момента импульса в
неоднородных электрических полях кристалла и за счет обменных орбитальных
взаимодействий с соседними атомами.
Действительно, если мы рассмотрим взаимодействия магнитных диполей на
этом уровне, то увидим, что они складываются из (1) чисто
магнитодипольных взаимодействий между магнитными моментами и (2)
взаимодействий между магнитными моментами и электрическим полем
кристаллической решетки (спин-орбитальные взаимодействия). Эти
взаимодействия по сравнению с описанными выше обменными взаимодействиями
имеют относительно малую величину порядка Wex(ve/c)2. По этой причине
часто говорят, что они имеют релятивистское происхождение. Однако,
несмотря на их относительную малость по сравнению с обменными
взаимодействиями, они действительно играют важную роль в ферромагнитных
материалах. Причина этого двойная. Во-первых, эти взаимодействия создают
в кристалле предпочтительное направление намагничивания, отвечающее
минимуму энергии ферромагнетика. Они, таким образом, приводят к появлению
упомянутой выше энергии анизотропии, т. е. к зависимости энергии
ферромагнетика от направления вектора намагниченности- факт, не
учитываемый обменной энергией. Во-вторых, именно через эти взаимодействия
устанавливается связь между внешними источниками тепла и спиновой
системой ферромагнетика. Если бы этих взаимодействий между спинами и
колебаниями решетки не существовало, то невозможно было бы
§ 1.6. Парамагнетизм и ферромагнетизм
47
установление статистического равновесия между источниками тепла и
спиновой системой.
Как уже отмечалось, ферромагнетики показывают явление гистерезиса,
которое можно использовать для хранения двоичной информации в памяти
компьютеров. Если эффект гистерезиса намагниченности пренебрежимо мал, то
говорят, что
Рис. 1.6.6. Кривые намагничивания (Я и М в гауссах): (а) магнитно-мягкое
железо; (Ь) магнитно-жесткая сталь.
этот материал магнитно-мягкий (например, литое железо, рис. 1.6.6(a)). В
противном случае материал (например, мартен-ситная сталь) магнитно-
жесткий (рис. 1.6.6(b)).
Е. Ферримагнетизм и антиферромагнетизм
Ферромагнетизм - не единственный способ магнитного упорядочения.
Действительно, длинномасштабное магнитное упорядочение имеется также в
ферримагнетиках (рис. 1.6.1(d)) и в антиферромагнетиках (рис. 1.6.1(c),
(е)). Возможны и другие способы упорядочения, например винтовое
расположение спинов не в одной плоскости, схематически изображенное на
рис. 1.6.1(f). Слово ферримагнетизм ввел Льюис Неель в 1848 г. при
описании свойств магнитных веществ, которые при температуре ниже
некоторой критической приобретают спонтанную намагниченность за счет
магнитных моментов атомов, ориентированных не в одну сторону. К
материалам с таким свойством относятся ферриты. Ферриты - наименование
группы окислов железа с общей формулой M0-Fe203, где М - двухвалентный
ион металла. Результирующий магнитный момент образца ферримагнетика
разделяется между разными магнитными подрешетками. Обычные образцы с
антиферромагнетизмом, который может рассматриваться как частный случай
(рис. 1.6.1(c)), не имеют сильных магнитных свойств ниже отмеченной
критической температуры,
48 Гл. 1. Основные электрические и магнитные свойства твердых тел
так как плотности намагниченности Мл и Мв для подрешеток А и В (двух
спиновых систем с противоположными направлениями) J
взаимно уничтожаются в отсутствие внешнего поля. Однако ре- I
зультирующий парамагнетизм отличается от обычного, и маг- *
нитная восприимчивость не подчиняется закону Кюри (рис. 1.6.7). j
Регулярно расположенные спины в антиферромагнетике, в |
отличие от подобных в ферромагнетике, не наблюдаются на |
макроуровне в виде намагни- j
ченности, но их существование ]
показывают при помощи ней- '
тронной дифракции. В действительности, антиферромаг- '
нетизм - наиболее распространенная форма магнитного упорядочения. Он
обнаружен j
почти во всех соединениях пе- !
реходных металлов, редкоземельных элементов и элементов актинидной
группы. Он наблюдается также в Сг, Мп,
Pt, Pd и в редкоземельных металлах и сплавах.
Механизм, отвечающий за антиферромагнетизм, можно обрисовать следующим
образом. Обменные силы в магнитных матрицах могут действовать так, что
