Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001274-5
Скачать (прямая ссылка):
Расчеты в рамках модели Стонера -Вольфарта были выполнены и для случая кубической анизотропии, хотя они несколько сложнее (Johnson, Brown, 1959). Приведем выражения для компонент коэрцитивной силы, обусловленных анизотропией формы, одноосным давлением и магнитокристаллической анизотропией, полученные в той же модели:
Яс = 2 K/Js.
(8)
Нс = ANJS - анизотропия формы,
#с = 3Xsa/Js - одноосное давление,
HQ = 2KljJs одноосная анизотропия,
Нс = 4К,/3Js кубическая анизотропия (К, < 0).
Некогерентные структуры, возникающие при перемагничивании, впервые были рассмотрены в работах Jacobs, Bean, 1955; Frei et al., 1957 и Brown, 1963. Существуют прекрасные обзоры, посвященные этому механизму намагничивания (Kneller, 1969; Brown, 1963). Особый интерес для описания явлений в однодоменных частицах удлиненной формы представляет модель цепочки шаров (Jacobs, Bean, 1955). Перемагничива-ние в такой цепочке соприкасающихся или слегка разделенных шаров (рис. 2.6,Г) может происходить либо путем когерентного поворота намагниченности каждого шара, либо с образованием так называемой веерообразной структуры, когда моменты соседних шаров отклоняются от локальной оси цепочки на одинаковые углы, но в разные стороны, оставаясь при этом в одной плоскости.
Представляется, что такая структура, которая наблюдалась в конгломерате однодоменных частиц (рис. 2.8, А), наилучшим образом моделирует цепочки магнитных частиц в бактериях, для которых характерен магнитотаксис (рис. 2.8, Б) (Frankel, Blakemore, 1980; Denham et al., 1980). Однако вычисленные на основе такой модели значения коэрцитивной силы более чем вдвое превышают значения, полученные в результате измерений (Denham et al., 1980), выполненных, правда, не на отдельных
Рис. 2.8. Электронная микрофотография продолговатых частиц железа, полученных электроосаждением (A) (Luborsky, 1961), и проявляющие магнитотаксис бактерии спириллы MS-1 (Б) (Frankel, Blakemore, 1980). Размер фото А соответствует участку размером 0,4 х 0,7 мкм, а длина вертикальных отрезков на фото Б соответствует 0,5 мкм.
бактериях, а на ансамбле со случайной ориентацией, что может приводить к уменьшению коэрцитивной силы (Jacobs, Bean, 1955).
4.6. Взаимодействия
Взаимодействующие суперпарамагнитные частицы могут вести себя как одно доменные (Radhakrishnamurthy et al., 1973), а взаимодействующие однодоменные частицы-как многодоменные (см., например, Кпе-Нег, 1969). Взаимодействие частиц будет приводить к уменьшению коэрцитивной силы Нс (см., например, Dunlop, West, 1969; Cullity, 1972) и к расширению области существования однодоменного состояния (Мог-rish, Watt, 1957). Это косвенно подтверждается исследованием биогенного магнетита, обнаруженного в зубцах хитона, где магнитные частицы плотно упакованы и разделены слоем органического материала толщиной около 200 A (Kirschvink, Lowenstam, 1979). Хотя размеры этих частиц лежат вне области однодоменности (см. рис. 2.3) и для Cryptochiton stelleri (d > dj, и для Lepidopleurus sp (d < ds), в конгломерате они должны вести себя как однодоменные (Kirschvink, Lowenstam, 1979). Имеются и другие экспериментальные доказательства взаимодействия частиц магнетита, присутствующих в зубцах хитона (Cisowski, 1981).
5. Остаточная намагниченность
5.1. Нормальная (изотермическая) остаточная намагниченность
По определению остаточная намагниченность-это намагниченность образца в нулевом поле, оставшаяся после того как он был помещен в некое внешнее магнитное поле (при этом температура или давление могли меняться). Нормальная (изотермическая) остаточная намагниченность (Isothermal Remanent Magnetization, IRM) -это намагниченность, наблюдающаяся после кратковременного (около 1 с) наложения постоянного поля (например, 10-10000 Э). Исследования магнитного гистерезиса магнетита показывают, что нормальная остаточная намагниченность в полях, меньших 500 Э, обусловлена трансляционным смещением доменных стенок, а в больших полях их необратимым поворотом. Была тщательно исследована зависимость нормальной остаточной намагниченности насыщения (SIRM) от размера частиц при переходе из однодоменного в псевдооднодоменное и далее в многодоменное состояния (Parry, 1965; Rahman et al., 1973). Для неоднодоменных частиц магнетита между коэрцитивной силой Нс и нормальной остаточной намагниченностью насыщения Jrs выполняется следующее приближенное эмпирическое соотношение:
Jrs =* HJN,
где N - фактор размагничивания, обусловленный анизотропией формы. Хотя в некоторых работах (Neel, 1955; Stacey, Banerjee, 1974) высказывалось мнение, что #с и N можно независимо определить с помощью исследования гистерезиса, установлено, что такое нахождение N предполагает выполнение приведенного приближенного соотношения (Smith, Merrill, 1982). Существуют, однако, теоретические данные (Dunlop, 1983), свидетельствующие о том, что в частицах, содержащих от 2 до 10 доменов, вне зависимости от их намагниченности величина фактора размагничивания N действительно определяется анизотропией формы и остается постоянной в пределах + (5-20)%. В таком случае, зная Jrs и Нс, можно оценить N не только в однодоменном состоянии.
