магнитная анизотропия Ферромагнетизм

Ферромагнетизм - результат обменного взаимодействия электронов недостроенных оболочек соседних атомов, перекры-вающихся при образовании кристаллов. При этом элек¬трон атома может временно находиться вблизи ядра соседнего атома. Такое взаимо¬действие приводит к изменению энергетического состояния, и его оценивают обменной энергией. При положительном значении этой энергии более выгодным у атомов кристалла становится параллельная ориентация спиновых магнитных моментов; при отрица¬тельном - антипараллельная. Величина и знак обменной энергии зависят от параметра кристаллической решетки (а), от¬несенной к радиусу незаполненной электронной подоболочки (r). Согласно кванто¬вой теории все основные свойства ферромагнетиков обусловлены доменной структурой их кристаллов.
Домен-это область кристалла, где магнитные моменты атомов ориентированы параллельно определенному кристалло-графическому направлению. При отсутствии внешнего магнитного поля каждый домен спонтанно (самопроизвольно) намагничен до насыщения, но магнитные моменты отдельных доменов направлены различно и полный магнитный момент ферромагнетика равен нулю. Между доменами имеются переходные слои (доменные стенки), внутри которых спиновые магнитные моменты постепенно поворачиваются
Намагниченность монокристалла ферромагнетика анизотропна. Обменное взаимодействие соседних атомов ферромаг-нитных материалов приводит к снижению энергии системы на величину: Uобм = -А (s1s2), где А - обменный интеграл зависящий от отношения а/r. Поскольку расстояние между атомами по различным кристаллографическим направлениям различно, то и значения обменной энергии по различным направлениям различно. Таким образом, в ферромагнетиках появляется магнитная анизотропия. Очевидно, что внутри доменов магнитные моменты атомов ориентированы вдоль наиболее энергетически выгодных направлений. Такие направления принято называть направлениями легкого намагни-чивания. На границах доменов магнитные моменты ориентированы в менее выгодных магнитотвердых направлениях.
На границах доменов энергия атомов повышена. Следовательно, для того чтобы энергия материала была минимальной необходимо, чтобы протяженность границ доменов была минимальной, или размер доменов был как можно большим.
В то же время, росту доменов препятствует магнитострикция - деформация кристаллической решетки под воздействи-ем магнитного поля. Обменное взаимодействие между атомами приводит к появлению дополнительных сил взаимодей-ствия и кристаллическая решетка деформируется. Рост домена ведет к увеличению напряженности локального поля внутри домена и возрастанию деформации решетки. При этом энергия системы увеличивается. Таким образом, противо-борство магнитной анизотропии и магнитострикции приводит к установлению оптимального размера магнитных доменов.

Powered by Drupal - Design by artinet