Физика проводников и диэлектриков. Плотников В.П. - 57 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

(
)
ji
SSJA
r
r
−= , (8.25)
где
i
S
r
и
j
S
r
– результирующие спины двух соседних атомов; J – обменный интеграл, показывающий
вероятность обмена соседних атомов, когда электрон 1 атома
A
переходит к атому
B
, а электрон 2 на-
оборот.
Из квантовой физики следует, что обменный интеграл может быть как положительным, так и отри-
цательным. При его положительном значении энергетически выгодной является конфигурация с парал-
лельными спинами, а при отрицательном – с антипараллельными.
Математическая формула для определения обменного интеграла
выходит за рамки нашего рассмотрения.
Представим лишь графическую зависимость величины обменного
интеграла J от расстояния r между двумя атомами
(рис. 8.2).
Из рисунка следует, что на малых расстояниях между атомами
величина обменного интеграла отрицательна, т.е. ориентация с
параллельными спинами энергетически невыгода. При некотором критическом значении расстояния
интеграл становится положительным и выгодна ориентация с параллельными спинами. Но это расстоя-
ние не должно быть и слишком велико. Тогда обменный интеграл убывает до нуля.
Отсюда следует, что по расстоянию между атомами можно предсказать, какой из элементов, имею-
щих непарные спины, обладает ферромагнитными свойствами.
Так, например, марганец с большим непарным спином на атом не обладает такими свойствами из-за
малого расстояния между атомами, а в некоторых его соединениях (
MnAs , )MnSb расстояние между
атомами марганца увеличивается, обменный интеграл становится положительным, и эти соединения
уже обладают ферромагнитными свойствами.
Таким образом, необходимыми и достаточными условиями возникновения ферромагнетизма в рам-
ках модели обменного взаимодействия является наличие у атома недостроенных внутренних оболочек и
положительная величина обменного интеграла, которая обусловливает параллельность ориентации
спиновых магнитных моментов.
8.5 ДОМЕННАЯ СТРУКТУРА ФЕРРОМАГНЕТИКОВ
Наличие доменной структуры, как уже указывалось выше, предсказано в теории ферромагнетизма,
разработанной Вейссом.
Существование доменов (областей спонтанной намагниченности) подтверждено и результатами
многочисленных опытов. Наиболее наглядным является метод порошковых фигур. На поверхность
ферромагнетика наносится слой жидкости со взвешенными в ней частицами ферромагнитного порошка
(
32
OFe ), которые оседают в основном в местах неоднородности магнитного поля. Эти неоднородности в
магнетике концентрируются вблизи доменных границ. В результате осевший порошок прорисовывает
доменную структуру как при отсутствии внешнего магнитного поля, так и ее изменение при наложении
последнего.
В кристаллических структурах спины способны ориентироваться вдоль определенных кристалло-
графических направлений – направлений наиболее легкого намагничивания, которыми в основном и
определяется число доменов в кристалле, и их форма (также имеет значение и требование минимизации
энергии). Поэтому в различных по строению материалах домены располагаются относительно друг дру-
га под разными, но определенными углами.
Например, требование к минимизации энергии приведет к повороту магнитных моментов в одном
из двух соседних доменов, если эти направления у обоих окажутся одинаковыми (рис. 8.3). В последнем
случае такие домены подобны двум сближенным одинаковыми полюсами магнитам, когда энергия маг-
нитного взаимодействия максимальна. На рисунке показано, что такой разворот осуществляется посте-
0
J
r
2
.
8
.
Р
ис
r

Страницы