Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001274-5
Скачать (прямая ссылка):
Таблица 2.2. Критические размеры зерен магнетита (в мкм)
Источник данных 4 do dm
Эксперимент 0,029-0,036’' <0,048" 10 203>
Dunlop, 1973 0,0252’ <0,131 15--2041
Dunlop, Bina, 1977
Day et al., 1977
Parry, 1965
Теория 0,0571 0,04751 87'
Morrish, Yu, 1955 0,048 -0,0586>
Frei et al., 1957 0,0767*
Butler, Banerjee, 1975 0,08071
Moskowitz, Banerjee, 1979 0,4481
11 Примерно сферические частицы (a/b = I, а и b оси эллипсоида, близкого no форме
к форме частиц образца).
21 Экстраполяция данных по тепловым флуктуациям.
3) Синтетический образец, влажный помол, дающий зерна нерегулярной формы.
41 Природный образец, помол, дающий зерна нерегулярной формы.
5) Круговая спиновая конфигурация (а/Ь = 1).
6) Ротационная спиновая конфигурация, частицы в виде бесконечных цилиндров
и шаров.
7) Двухдоменная конфигурация (а/Ь = 1).
81 Двухдоменная конфигурация (а/Ь --- 0,4).
4.5. Коэрцитивность
Коэрдитивность - в некотором смысле «внешнее» магнитное свойство, зависящее от размера (рис. 2.3) и формы частиц магнетика, силы магнитного взаимодействия между частицами, давления, температуры. Коэрцитивной силой Нс называют поле, которое нужно приложить, чтобы довести намагниченность образца до нуля, причем это поле должно иметь направление, противоположное направлению первоначального намагничивания (рис. 2.5). Другой величиной, характеризующей коэрцитивность, является коэрцитивная сила по остаточной намагниченности #гс, т. е. поле, необходимое для обращения в нуль остаточной намагниченности насыщения Jrs.
В однодоменном состоянии коэрцитивная сила зависит от диаметра частицы d как а — bd~3 2 (d, < d < d0, а и b константы). Эта зависимость хорошо объясняется действием тепловых флуктуаций (см., например, Kneller, 1969). При d> da коэрцитивная сила примерно обратно пропорциональна d, т.е. Нс ~ d~", 0,5 < п < 1, причем такая зависимость еще не нашла адекватного теоретического истолкования. В суперпарамагнитном состоянии, когда d<ds, коэрцитивная сила равна нулю.
Верхние теоретические пределы для #с в отсутствие тепловых флуктуаций вычисляются в рамках модели, в которой предполагается когерентный поворот магнитных моментов всех атомов частицы, т.е. такое
Рис. 2.5. Петля магнитного гистерезиса. Js намагниченность насыщения, Jra -нормальная остаточная намагниченность насыщения, Яс коэрцитивная сила, Ягс -коэрцитивная сила по остаточной намагниченности, Хо~начальная восприимчивость, Н внешнее поле, J намагниченность образца.
движение, когда эти моменты остаются все время параллельными друг другу (рис. 2.6, А). Такую модель называют также моделью однородного или когерентного поворота или моделью Стонера - Вольфарта. Нижние пределы для Нс можно оценить с помощью моделей некогерентного поворота спинов, когда магнитные моменты атомов уже не остаются параллельными в процессе перемагничивания. Такие конфигурации носят названия изгибной, ротационной и веерообразной (рис. 2.6) (Jakobs, Bean, 1955; Frei et al., 1957; Brown, 1963).
В своей классической работе 1948 г. Стонер и Вольфарт построили теорию магнитного гистерезиса и коэрцитивности в однодоменных частицах эллипсоидной формы с одноосной анизотропией. Энергия однодоменной частицы записывается в виде суммы энергии анизотропии и энергии намагниченности во внешнем поле Н:
Е = К sin2 Ф — JH cos (0 — Ф), (7)
где К - коэффициент анизотропии, а обозначения углов указаны на рис. 2.7. Когда поле параллельно длинной оси частицы (0 = 0), минимизация
/ /
/ /
/ /
А Б В Г
Рис. 2 6 Конфигурации магнитных моментов при перемагничивании одно доменных частиц (Kneller, 1969). А -однородный поворот; Б изгибная конфигурация, В ротационная, Г- веерообразная.
/
Н
/
/
/
/
Рис. 2.7. Эллипсоидная однодоменная частица с намагниченностью Js во внешнем магнитном поле Н. Ось вращения эллипсоида показана пунктиром.
энергии (7) дает для коэрцитивной силы выражение (Stoner, Wohlfarth, 1948)
факторов размагничивания вдоль длинной (Ага) и короткой (Nb) осей эллипсоидной частицы. Максимальное значение AN = 2к достигается для образца, имеющего форму бесконечно длинной тонкой иглы, поэтому соответствующая максимальная коэрцитивная сила равна 2nJs (см., например, Cullity, 1972), что для магнетита соответствует 3000 Э. В работе Stacey, Banerjee, 1974 для максимума Нс ошибочно приведено значение nJs. Для ансамбля невзаимодействующих, случайно ориентированных однодоменных частиц коэрцитивная сила равна 0,48 (2K/Js) (Stoner, Wohlfarth, 1948). Это значение больше относится к случаю пород, в которых магнитные частицы рассредоточены, а коэрцитивная сила частиц биогенного магнетита лучше описывается соотношением (8).
