|
| |
|
Слаботочка Книги энергии, и поэтому такое распределение областей более выгодно в энергетическом отношении. Опыты установили, что порошковые фигуры на поверхности ферромагнетика изменяются при приложении магнитного поля и упругих напряжений. Это происходит оттого, что под действием поля и упругих напряжений возникают перераспределение областей и изменение положения и формы их границ. За последнее время были сделаны попытки исследовать строение областей самопроизвольной намагниченности путем изучения поляризации пучка нейтронов, проходящего через ферромагнитный образец [18], путем изучения диффракции электронов, отраженных от поверхности ферромагнетика [19], и, наконец, с помощью электронного микроскопа [20]. Однако эти способы еще недостаточно разработаны и пока не дали существенных результатов. Учет магнитного взаимодействия позволил также объяснить анизотропные свойства ферромагнетиков. Расчеты показывают, что энергия магнитного взаимодействия атомов различна по величине по разным направлениям кристалла. Это приводит к тому, что расположение магнитных моментов областей самопроизвольной намагниченности в одних направлениях кристалла будет энергетически более выгодным, чем в других (направления легкого и трудного намагничения). Для ферромагнитных кристаллов кубической симметрии эти направления мы можем определить, пользуясь соотношением = 2Ki (si si + si si + si si) -f K2 si si si (8) Здесь Ujc-свободная энергия анизотропии недеформирован-ного кристалла (кристаллографическая магнитная анизотропия), Sj, % и Sg - направляющие косинусы, определяющие положение вектора самопроизвольной намагниченности 4 относительно ребер куба, Ki и - константы анизотропии, определяемые из опыта. В случае гексагональных кристаллов = Ki sin2 а - sin О, (9) где & - угол между вектором самопроизвольной намагниченности и гексагональной осью, и - соответствующие константы магнитной анизотропии. Эти формулы выражают собой общий характер зависимости энергии анизотропии от напра- вления 4 в кристалле; они могут быть получены из общих соображений симметрии кристаллов, без каких-либо предположений о микроскопической природе магнитной анизотропии. Если выражение (8) представить в полярных координатах, приняв за радиус-вектор то для железа и никеля н плоскости грани куба получим кривые магнитной энергии анизотропии (рис. 7 , а и б), на которых ясно видны направления легкого и трудного намагничений. В кристалле кобальта, который имеет гексагональную систему, как видно из рис. 7, в,  Рис. 7. Магнитная ани-зотропия в монокрис.ал.пах ферромагнитных металлов. а-железо, 6-никель, в - кобальт. имеется только одно направление легкого намагничения. Пользуясь соотношениями (8) и (9), мы можем вычислить магнитную энергию кристалла, свободного от упругих деформаций; поэтому анизотропия, определяемая ими, носит название естественной магнитной анизотропии кристалла. При наличии механических деформаций атомы смещаются из своих нормальных положений, что приводит к изменению характера магнитного взаимодействия в кристалле. В результате этого на кристаллографическую анизотропию накладывается магнитоупругая анизотропия, вызванная дополнительным магнитным взаимодействием атомов вследствие искажения решетки при деформации. Магнитоупругая анизотропия очень сильно изменяет характер анизотропного поведения ферромагнетика (см, гл. III). Магнитные материалы, встречающиеся на практике, всегда являются поликристаллами, т. е. состоят из большого числа отдельных маленьких кристалликов, называемых кристаллитами. Обычно ориентации осей кристаллитов носят более или менее случайный характер, поэтому здесь магнитная анизотропия не может быть непосредственным образом наблюдена. Подвергая материал специальной механической обработке (например, прокатке), можно, однако, в отдельных случаях добиться того, что оси кристаллитов получат преимущественное расположение в каком-либо направлении внутри поликристаллического образца (кристаллографическая текстура). В этом случае магнитная анизотропия может быть легко выявлена, так как магнитные свойства вдоль и поперек поликристаллического образца будут различными. Учение о магнитной анизотропии ферромагнетиков лежит в основе всей современной теории технической кривой намагничения. Это учение было создано советским ученым Акуловым [13]. Обширные экспериментальные работы по изучению магнитной анизотропии в ферромагнитных кристаллах и тексту-рованных поликристаллических металлах и сплавах были проведены Брюхатовым и Киренским [21], Займовским [22] и др. Исследование магнитной анизотропии имело не только теоретический, но и практический интерес, ибо в значительной степени способствовало правильному подходу к проблеме изыскания и улучшения магнитных материалов. Отметим, однако, что причины ферромагнитной анизотропии (с микроскопической точки зрения) еще недостаточно выяснены. Согласно современным представлениям энергия магнитной анизотропии появляется в результате взаимодействия спиновых магнитных моментов с орбитальными (спин-орбитальная связь); оно рассчитывается с помощью квантовомеханических уравнений [23]. Квантовая теория магнитной анизотропии даже в ее приближенной форме очень сложна и далека еще от завершения. § 4. Процессы намагничивания и перемагничивания в ферромагнетиках Мы уже видели, что ферромагнитное тело в ненамагни-ченном состоянии представляет собой конгломерат большого числа областей самопроизвольной намагниченности. При помещении ферромагнитного тела в магнитное поле в нем 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 |