|
| |
|
Слаботочка Книги  Рис. 98. Схема ориентации векторов Н, i и г. а-при четном эффекте, ff-при нечетном. И термоэлектродвижущая сила. Явления, в которых наблюдаются изменения электросопротивления и термоэлектродвижущей силы, в магнитном поле носят соответственно название гальваномагнитных и термомагнитных эффектов. Они были открыты еще в середине прошлого века В. Томсоном и Нернстом. Эти эффекты изучают как при параллельной ориентации векторов магнитного поля Я и электрического тока i (Яг - продольный гальваномагнитный эффект) и градиента температуры g{H\g-продольный термомагнитный эффект), так и при взаимно перпендикулярной {Н и Н J g-соответствующие поперечные эффекты). Здесь в обоих случаях направление измерения г совпадает с векторами i и g. Величина и знак этих явлений (как продольных, так и поперечных) не меняются при изменении вектора магнитного поля на прямо противоположное, поэтому обычно они носят название четных эффектов. На рис. 98, а показаны направления векторов t и г и ориентации вектора магнитного поля, при Очень удобно изучать влияние ферромагнетизма на электрические и термоэлектрические свойства в опытах, в которых магнитное состояние металла изменяется в результате непосредственного воздействия магнитного поля. Последнее позволяет фиксировать определенное магнитное состояние ферромагнитного металла и измерять соответствующее ему возрастание или уменьшение какой-либо электрической характеристики вещества. В качестве таких характеристик при проведении исследований обычно выбираются электросопротивление которых гальваномагнитный эффект не меняет своей величины и знака. В случае, когда вектор Н направлен нормально к плоскости, в которой лежат векторы i и г, изменение направления Н на прямо противоположное сразу приводит к изменению знака гальвано-термомагнитных явлений (рис. 98, б). Такие явления называются нечетными. Наиболее подробные экспериментальные исследования гальвано- и термомагнитных явлений принадлежат русским ученым Гольдгаммеру [1] и Бахметьеву [2]. Своими работами они указали правильный путь исследования подобных эффектов, измеряя их в функции намагниченности, а не магнитного поля, как это делалось до них. Гольдгаммер на основании своих опытов впервые установил, что гальваномагнитный эффект ферромагнетиков квадратично зависит от намагниченности. Аналогичная закономерность была найдена для термомагнитного эффекта Бахметьевым. Понимание особенностей поведения гальвано- и термомагнитных эффектов стало возможно после развития теории ферромагнетизма. Определяющую роль здесь сыграли теоретические работы Акулова [3], который дал общее описание четных и нечетных гальвано- и термомагнитных эффектов и их расчет (см. далее). Вонсовский [4] дал качественную микрокартину электрических явлений в ферромагнитных металлах. Согласно его теории электроны в ферромагнитном кристалле разбиваются на внешние s-электроны и внутренние d-электроны; между ними имеет место электрическое обменное и магнитное (спин-спиновое) взаимодействие. Электропроводность металла в основном определяется s-электронами; d-электроны, обусловливающие ферромагнетизм, как более связанные непосредственно почти не участвуют в проводимости. Однако их влияние на проводимость металла сказывается через магнитное и обменное взаимодействие с s-электронами. Электрические явления в ферромагнетиках, сопутствующие процессам ориентации Ig областей (смещение и вращение), вызываются изменением в магнитном взаимодействии (спин-спиновом) S- и d-электронов. Расчет магнитного взаимодействия между спинами s- и d-электронов [6] привел к объяснению микроскопической природы анизотропии элек- трических явлений в ферромагнетиках и зависимости их от намагниченности. Соотношения, полученные из этого расчета, находятся в качественном соответствии с опытными фактами и соотношениями, вытекающими из соображений симметрии. Природа электрических явлений, сопутствующих парапро-цессу, может быть понята из следующих соображений. Рассмотрим, например, что будет происходить с s-электро-нами, если мы будем нагревать ферромагнетик. В обычных металлах принято считать, что причиной возрастания электросопротивления с температурой является взаимодействие электронов проводимости с тепловыми колебаниями ионов в кристаллической решетке (фононами). В результате этого взаимодействия s-электроны отдают свою энергию и импульс, вследствие чего электросопротивление растет. Взаимодействие между электронами и фононами, которое можно рас-} сматривать как столкновения между ними, определяет тем-\ пературную зависимость электросопротивления металла. В \ случае ферромагнитных металлов Вонсовский допускает, j что наряду с этими процессами столкновений s-электро- нами с фононами имеют место процессы столкновения ; между s-электронами и так называемыми ферромагнонами (спиновыми волнами, создаваемыми rf-электронами). Представление о спиновых волнах было введено Блохом для расчета обменного взаимодействия между спинами электронов. Он показал, что при низких температурах энергия электронов при учете обменного взаимодействия может быть представлена как сумма энергий отдельных элементарных возбуждений . Последним сопоставляются квазичастицы - фер-ромагноны, или спиновые волны. Введение этих частиц значительно упрощает вычисление обменного взаимодействия между спинами. В результате столкновений s-электроны отдают свою энергию и импульс не только фононам, но и ферромагнонам, что приводит к дополнительному увеличению сопротивления ферромагнитного металла. С понижением температуры или увеличением магнитного поля выше соответствующего техническому насыщению (величина Ig возрастает) спиновое поле делается менее интенсивным, и столкновения s-электронов Q ферромагнонами про- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 [63] 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 |