Основы физики твердого тела. - Зиненко В.И.
Скачать (прямая ссылка):
TN = 7С. (12.35)
Парамагнитная восприимчивость при Т > TN может быть получена из (12.32):
2С'Т + 2С2д 2 С
Х~ Г2 - 72С2 " Т + TN ' (12.36)
т.е. линейно зависит от температуры в парамагнитной фазе.
Ниже температуры Нееля в антиферромагнитной фазе необходимо различать два
случая: когда внешнее магнитное поле пер-
в + о
^ мв вф0
М0А В = 0 Мов МА=М 0А 5 = 0 Мв=м0в
Рис. 12.4. Два случая взаимной ориентации векторов намагниченности и
магнитного поля для антиферромагнетика
пендикулярно направлению намагниченности подрешетки, и когда поле
параллельно вектору намагниченности подрешетки. В первом
12.4. Ферромагнитные домены
293
случае отклик антиферромагнетика характеризуется восприимчивостью x±i во
втором х\\- Качественно поведение восприимчивостей x_L и х\\ можно
выяснить из простых соображений, руководствуясь рис. 12.4. Когда внешнее
поле перпендикулярно векторам намагниченностей подрешеток, эти векторы
поворачиваются на некоторый угол ip. При этом плотность магнитной энергии
можно записать
Е = 7(МЛМВ) - В(МА + Мв) и
ра -7М2 cos 2ip - 2ВМ sin <р Ра 7М2(1 - 2ip2) - 2BMip. (12.37)
Из условия минимума энергии dEjdip = 0 можно найти ip =
= В/(2уМ), и в результате имеем:
_МА + МВ _2Msmip 2Mip_l /10оо\
Х±- в - в ~ В ~ у-
Когда внешнее магнитное поле параллельно векторам намагниченности
подрешеток, угол между этими векторами не меняется,
Рис. 12.5. Температурная зависимость магнитной восприимчивости
антиферромагнетика
а при Т = 0 не меняется и величина магнитного момента, так как в основном
состоянии она достигает своего максимального значения. Таким образом,
выполняется:
Х||(0) = 0. (12.39)
Качественная зависимость магнитной восприимчивости антиферромагнетика
показана на рис. 12.5.
12.4. Ферромагнитные домены
В макроскопических образцах материалов с ферромагнитной упорядоченной
структурой даже при температурах, много меньших температуры Кюри-Вейсса,
измеряемая полная намагниченность значительно меньше суммы магнитных
моментов ионов.
294
Гл. 12. Магнитоупорядоченные структуры
Однако во внешнем магнитном поле образец может быть намагничен, и его
намагниченность будет близка к сумме магнитных моментов ионов.
Такое явление связано с тем, что в ферромагнитном состоянии
макроскопический образец разбивается на домены - области, в которых
спонтанная намагниченность имеет различные направления (рис. 12.6).
Размеры этих областей, с одной стороны,
а б
Рис. 12.6. Взаимная ориентация магнитных моментов в случаях однородно
намагниченного образца (слева) и доменной структуры (справа)
много больше микроскопических расстояний между взаимодействующими
магнитными ионами, с другой - много меньше размера образца. Физическая
причина образования доменов в ферромагнитном кристалле связана с наличием
диполь-дипольных взаимодействий между магнитными ионами. Эти
взаимодействия, как уже отмечалось выше, на несколько порядков меньше
обменных взаимодействий. Но последние очень быстро спадают с расстоянием
(в большинстве случаев - экспоненциально), а диполь-ные силы являются
дальнодействующими - они обратно пропорциональны кубу расстояния. В
результате в макроскопическом образце при параллельной ориентации
магнитных моментов всех ионов дипольная энергия оказывается существенной,
и такая параллельная ориентация становится энергетически невыгодной.
Диполь-дипольная энергия понижается при разбиении кристалла на однородно
намагниченные домены, в которых направления намагниченности отличаются.
При этом на границах доменов, так называемых доменных стенках, обменные
взаимодействия увеличивают энергию. Но, если размеры доменов много больше
размеров доменной стенки, образование доменов будет энергетически
выгодным, несмотря на проигрыш в обменной энергии.
В реальных ферромагнитных веществах этот тонкий энергетический баланс
уменьшения дипольной энергии и увеличения обменной энергии на границах
доменов приводит к достаточно сложной доменной структуре, и под действием
даже малых внешних магнитных полей размеры доменов и ориентация
намагниченности в них могут изменяться существенным образом. Кроме того,
в кристаллах при взаимодействии магнитных ионов с кристаллическим полем
энергия спинов зависит не только от их взаимной ориентации, но и от
ориентации относительно кристаллографиче-
12.4. Ферромагнитные домены
295
ских осей. Часть этой энергии называетсн энергией анизотропии и во многих
случанх при описании свойств реальных кристаллов ее необходимо учитывать
в спиновом гамильтониане (рассмотренный выше спиновый гамильтониан
нвлнетсн изотропным). Энергии анизотропии может оказывать существенное
влинние на доменную структуру вещества и ее отклик на воздействие
внешнего магнитного поля.
Существование доменов оказывает влияние на процессы намагничивания и
перемагничивания ферромагнитных материалов. В отсутствие внешнего
магнитного поля ферромагнитный образец в равновесном состоянии не имеет
результирующей намагниченности:
