Исследование намагничивания и определение температуры кюри ферромагнетика. Горягин Е.П - 4 стр.

                                                                                                                    4
одна из кристаллических осей. Температурная зависимость спонтанной намагниченности I s приведена на рис. 4,а.
Видно, что величина Is монотонно уменьшается с нагреванием и исчезает при Т > ТC . При Т > ТC имеет место
парамагнитное состояние с хаотической ориентацией магнитных моментов при Н = 0, при Т < ТC возникает
ферромагнитное состояние с параллельной ориентацией магнитных моментов (рис. 4, б).
    При увеличении магнитного поля Н намагниченность образца возрастает за счет смещения границ доменов и
процессов вращения спонтанной намагниченности. Первый процесс связан с ростом объема доменов, у которых
направление Is ориентировано наиболее выгодно энергетически по отношению к полю (угол между Is и H
наименьший). Второй процесс - вращение - обусловлен поворотом векторов Is от оси легкого намагничивания к
направлению приложенного магнитного поля.
    В парамагнитной области при Т > ТС для магнитной восприимчивости c выполняется закон Кюри-Вейсса:
                                               1 T − θp
                                                 =      ,                                                          (9)
                                               χ   C
где θp– парамагнитная точка Кюри, а C - постоянная Кюри-Вейсса. Как можно видеть на рис. 1, а, величина 1/χ для
ферромагнетиков изменяется линейно с температурой. В изотропных однородных по составу ферромагнетиках с
малой магнитной анизотропией ТC и θp имеют близкие значения. В анизотропных ферромагнетиках величина θp
принимает разные значения для оси легкого намагничивания и оси трудного намагничивания, а также заметно
отличается от температуры Кюри ТC .
Ферромагнетики находят широкое применение в технике. На их основе разработаны магнитные материалы:
магнитомягкие (высокие значения магнитной проницаемости), магнитожесткие (высокие значения коэрцитивной
силы и магнитной энергии), материалы для магнитной записи и др.
     В металлических ферромагнетиках, таких как железо, кобальт, никель и их сплавы, ферромагнетизм обусловлен
коллективизированными электронами. Он возникает вследствие неодинаковой заселенности этими электронами двух
энергетических зон: первая зона со спинами электронов, ориентированными в одну сторону, и вторая зона со спинами
в противоположную сторону. Различают сильный и слабый ферромагнетизм коллективизированных электронов. У
первых магнитные электроны полностью заполняют одну из зон. У вторых магнитные электроны содержатся в обеих
подзонах. Величина спонтанной намагниченности и температура магнитного упорядочения - температура Кюри -
определяются формой кривой плотности энергетических состояний электронов g(ε) вблизи уровня Ферми. Плотность
энергетических состояний g(ε)– это число энергетических состояний на единичный интервал энергии зонных
электронов.
     Часть ферромагнетика, в которой все магнитные моменты при отсутствии внешнего поля устанавливаются в
одном направлении за счет обменного взаимодействия, называется доменом (рис. 3,а). Домен обладает магнитным
            r
моментом p∂ . Размеры доменов составляют   10−6...10−8 м.
    При отсутствии внешнего магнитного поля магнитный момент ферромагнетика
                                                 r
                                                 p = ∑ p∂ = 0 .

     J                                                                          B
                        ферромагнетики
                                                                                                     A
                                                                       3
     Jкас
                          II                                                                              BH
                                                            Br
                                                                 -HC                                           H
                               парамагнетики
            I                                               2                                        HH
                                                                                            0
                   Hн                     H             1


                          диамагнетики             A´

                     Рис. 5,а.                                             Рис. 5,б.

                                                                                       −8       −6
     Между доменами А и В имеются переходные слои С (см. рис. 3,б) шириной 10 ...10 м. Внутри переходного
слоя магнитное спиновые моменты ионов до тех пор, пока не примут нужного направления. Во внешнем магнитном
поле переходные слои разрушаются. Магнитные моменты отдельных доменов поворачивается в направлении
магнитного поля (см. рис. 3,в).
     Зависимость намагниченности I магнетиков от напряжения и внешнего магнитного поля изображена на рис. 5.а.
Нелинейная область J отражает процесс ориентации доменов в ферромагнетиках в направлении внешнего поля при
возрастании напряженности Н. В сильных полях (область П) наступает магнитное насыщение, к намагниченность