8.5 Гіромагнітні досліди. Природа феромагнетизму. Домени. Антиферомагнетики. Ферити

У розд. 8.2 було встановлено, що магнітний і механічний моменти атомів направлені вздовж однієї лінії в протилежних напрямках. Тому при орієнтуючій дії на один із них, другий також зазнає орієнтуючої дії. В цьому і заключається ідея гіромагнітних дослідів (рис.8.8).

Барнетт у 1909 році одержав намагнічування залізного стержня при його швидкому обертанні (рис.8.8, а). Механічні моменти електронів за рахунок гіроскопічних сил, подібно дзизі, орієнтуються вздовж осі обертання стержня. Разом з ними орієнтуються і їхні магнітні моменти, що приводить до намагнічування стержня.

У 1915 році А. Ейнштейн і А. Де Гааз провели протилежний дослід (рис.8.8, б). Вони намагнічували залізний стержень. Разом з магнітними моментами орієнтувались і механічні моменти електронів. У відповідності із законом збереження моменту імпульсу, стержень повинен прийти в обертальний рух, що і було підтверджено експериментально.

У 1917 році А.Ф.Іоффе і П.Л.Капіца швидко нагріли намагнічений стержень вище точки Кюрі. До нагрівання магнітні і механічні моменти були зорієнтовані (рис.8.8, в), але стержень не обертався. Після нагрівання орієнтація магнітних і механічних моментів стала хаотичною(рис.8.8, г), і сумарний механічний момент став відмінний від нуля. Стержень приходив у обертальний рух у відповідності із законом збереження моменту імпульсу.


У всіх цих дослідах вимірювалось відношення магнітного моменту до механічного, тобто гіромагнітне відношення. Виявилось, що для феромагнітних тіл воно дорівнює спіновому гіромагнітному відношенню –μо×q/mел. Це свідчить про те, що феромагнетизм зумовлений не орбітальними, а спіновими магнітними моментами електронів. При цьому утворюються області (~10-2 ÷ 10-3 см) спонтанного намагнічування – домени. У ненамагніченому феромагнетику магнітні моменти доменів орієнтовані хаотично (рис.8.9, а). При намагнічуванні вони одержують переважну орієнтацію вздовж зовнішнього поля Н (рис.8.9, б), підсилюючи його.

Як же утворюються домени? Відбувається обмін електронами внутрішніх незаповнених оболонок атомів, причому, як зазначалось у розділі 1.4 формула (1.5), енергетично вигіднішою може бути паралельна орієнтація спінів і спінових магнітних моментів. Спіни електронів цих незаповнених оболонок орієнтуються паралельно один одному, що приводить до спонтанного намагнічування певних областей кристала (утворюються домени). Це феромагнетики. У випадку, коли енергетично вигіднішою є антипаралельна орієнтація спінів, домени не утворюються. Це антиферомагнетики, наприклад MnO.

Доменна природа феромагнетизму легко пояснює ефект Баркгаузена (рис.8.2,б). Ступінчатий характер кривої намагнічування зумовлений послідовною, а не одночасною, переорієнтацією намагнічування окремих доменів у зовнішньому полі. Насичення намагнічування пояснюється тим, що вже всі домени зорієнтовані вздовж намагнічуючого зовнішнього поля.

У антиферомагнетиках спіни електронів антипаралельні і домени не утворюються. Але при нагріванні антипаралельна орієнтація руйнується і стає паралельною. Намагніченість антиферомагнетика зростає (рис.8.10). При певній  температурі, яка називається антиферомагнітною точкою Кюрі, або температурою Неєля ТN, намагніченість досягає максимуму, а потім зменшується.. Антиферомагнетик перетворюється в парамагнетик.

Антиферомагнетик можна розглядати як складну структуру, утворену двома підгратками, кожна із яких спонтанно намагнічена, і вставлені одна в іншу так, що їхні намагніченості протилежні. Якщо магнітні моменти цих підграток однакові, то при 0К вони компенсують одна одну, і магнітний момент антиферомагнетика дорівнює нулю. У випадку, коли магнітні моменти підграток різні, виникає спонтанна намагніченість кристалу. Такий нескомпенсований антиферомагнетик називається ферімагнетиком, або феритом, наприклад, FeO, Fe2O3. Відмінна особливість феритів це хороші магнітні властивості (висока магнітна проникність, мала коерцетивна сила, велике значення індукції насичення) і великий електричний опір. Саме завдяки високому електричному опору їх використовують у техніці надвисоких частот (НВЧ), тому що втрати на нагрівання за рахунок індукційних струмів Фуко мізерні.

You must be logged in to post a comment.

Фізика