Изучение явления гистерезиса ферромагнитных материалов. Балабина Г.В - 7 стр.

Доменная структура ферромагнетика удовлетворяет условию минимума энергии, т.е. обмен-
ная энергия (энергия обменного взаимодействия электронов) делает ферромагнитное состоя-
ние устойчивым.
Как показывает теория, обменная энергия зависит от отношения d0/(2R) (d0 - параметр кри-
сталлической решетки, R - радиус недостроенной электронной оболочки атома). Если
                                  d0/2R>1,5,                                      (7)
тo магнетик имеет доменную структуру, т.е. является ферромагнетиком, причем обменная
энергия в этой случае положительна.
Например, у атома марганца в незаполненной оболочке имеется пять не скомпенсированных
спиновых магнитных моментов, но условие (7) для него не выполняется, и марганец не явля-
ется ферромагнетиком. В то же время некоторые сплавы, содержащие Mn относятся к фер-
ромагнетикам. Так, сплав Гейслера ( Cu2MnAl ), содержащий неферромагнитные материалы,
является ферромагнетиком: у него период решетки d0 из-за присутствия Cu и Al возрастает и
для него соотношение (7) выполняется.
Согласно квантовой теории, все основные свойства ферромагнетиков обусловлены доменной
структурой их кристаллов. При наличии слабого внешнего магнитного поля домены, ориен-
тированные по полю, растут за счет доменов с другой ориентацией магнитных моментов, т.е.
происходит смещение границ доменов. Этот процесс носит обратимый характер. В сильных
магнитных долях происходит одновременная переориентация магнитных моментов в преде-
лах всего домена. Этот процесс уже необратим и является причиной гистерезиса и остаточ-
ного намагничивания.
Доменная структура позволяет также объяснить зависимость намагничивания ферромагне-
тиков от температуры. Действительно, при нагревании ферромагнетика до температуры,
равной точке Кюри Tk и выше, он теряет свои свойства, так как сильное тепловое движение
атомов и молекул разрушает домены и ферромагнетик превращается в парамагнетик. Этот
процесс обратим.
В зависимости от структуры кристалла обменные силы могут вы звать не только параллель-
ную, но и антипараллельную ориентацию спинов взаимодействующих электронов. В по-
следним случае выражение (7) принимает вид d0/(2R)< 1,5, и при этом обменная энергия уже
отрицательна. Такое состояние является антиферромагнитным, и кристалл в целом не обла-
дает магнитным моментом. К антиферромагнетикам относятся некоторые соединения мар-
ганца ( MnO, MnFe ),железа ( FeО, FeF2 ) и др. Если в антиферромагнитную структуру входят
два металла с разными спиновыми магнитными моментами электронов, то их моменты будут
компенсироваться нe полностью. Такое явление называется нескомпенсированным антифер-
ромагнетизмом, а обладающие этим свойством вещества - ферромагнетиками, или феррита-
ми. По своим свойствам они подобны ферромагнетикам. Ферриты, являясь полупроводника-
ми, обладают высоким удельным сопротивлением и широко применяются в науке и технике.
В табл.1 приведены характеристики некоторых ферромагнетиков и ферритов.
Таблица 1
     Вещество             Состав            μmax      Hc, A/м   Bост Тл.     Bнас, Тл

Железо техниче-         Fе (99,9 %)      5 ⋅103      80         0,05         2,1
ское

Супермаллой         Ni (79%), Mo(5%),      106       0,16        -           0,79
                         Fe(16%)

Платина-Кобальт     Pt (77%), Со (23%)      -       3⋅105       0,5           -

 Никель-цинковый       ZnO (Fe2O3)       7,5⋅103      4          -           0,2
     феррит            NiO (Fe2O3)