Магнитная восприимчивость организмов - Павлович С.А.
Скачать (прямая ссылка):
Свойством магнитострикции обладают все тела, но у ферромагнетиков оно проявляется наиболее отчетливо.
У классических ферромагнетиков и сплавов из них константа продольной магнитострикции составляет сотые доли процента, причем у железа в зависимости от напряженности внешнего магнитного поля она положительна или отрицательна, а у никеля и кобальта — только отрицательна. У редкоземельных элементов положительная продольная магнитострикция может быть необычайно большой и у поликристаллов тербия и диспрозия достигает 0,3%, а в монокристаллах — до 2%.
Необычайными магнитострикционными свойствами редкоземельные элементы обязаны особенностями строения их атомов, образующих кристаллическую решетку. Электронные облака этих элементов имеют сильно вытянутую, несферическую форму и к тому же ведут себя как «жесткие», недеформируемые. Под действием внешнего магнитного поля электронное облако каждого атома поворачивается и раздвигает соседние атомы, сильно деформируя, растягивая всю кристаллическую решетку. В других ферромагнетиках деформация значительно меньше — их атомы имеют сферической формы «мягкую», легко деформируемую электронную оболочку, которая не вызывает большого растяжения или сжатия решетки.
Эффект магнитострикции обратим и сопровождается изменением намагниченности магнитострикционного материала.
Представленный здесь механизм технического намагничивания ферромагнетиков без учета анизотропии магнитных свойств ферромагнитных кристаллов на самом деле является значительно более сложным. По разным осям кристалла для его намагничивания до насыщения требуется затратить неодинаковую энергию — меньшую вдоль направления легкого намагничивания и большую по оси трудного намагничивания.
Антиферромагнетики — спонтанно намагниченные вещества со свойствами и структурой ферромагнетиков, но в отличие от последних нескомпенсированные спины
электронов на недостроенных оболочках их атомов (ионов) внутри домена имеют противоположную упорядоченность, т. е. антипараллельную ориентацию спинов. Антиферромагнетиками являются, например, MnO, MnS, NiCr, Сг203, V02 и многие другие соединения.
Для антиферромагнетиков, так же как и для ферромагнетиков, существует определенная температура, названная точкой Нееля, при которой вещество теряет ан-тиферромагнитные свойства и ведет себя как обычный ферромагнетик.
Антиферромагнитные кристаллы обнаруживают положительную магнитную восприимчивость при всех температурах: при низких она имеет ничтожно малую величину, с повышением температуры, когда нарушается строгая попарная антипараллельность спинов, восприимчивость увеличивается и достигает максимума в точке Нееля. Дальнейшее повышение температуры выше критической точки Нееля сопровождается уменьшением магнитной восприимчивости, как у всякого парамагнетика. Лишь при абсолютном нуле спиновая восприимчивость равна нулю.
Особые магнитные свойства имеют соединения, названные ферритами (ферримагнетиками), которые представляют собой ионные кристаллы химического состава MxFeyOz (М — металл). Их рассматривают как неском-пенсированные антиферромагнетики с одинаковой организацией подрешеток кристалла, связанных антиферро-магнитно, но обладающих разным по величине магнитным моментом. Пояснение сказанного представлено на рис. 1.
В состав ферритов входят оксиды лития, цинка, никеля, кадмия, меди, магния, марганца и других металлов. Кроме простых ферритов бывают двойные, в состав которых входят два окисла металла.
Так как ферриты обладают ферромагнитными свойствами, то часто говорят о ферромагнетизме ферритов. Максимальная магнитная индукция ферритов значительно ниже, чем у металлических ферромагнетиков, и составляет в среднем 0,3—0,4 Т (против 0,8—2,5 Т для металлов).
Наиболее известным соединением из группы ферритов является магнетит — Fe304. Ввиду того что этот минерал вносит большой вклад в остаточный магнетизм
земных пород и, по мнению ряда авторов, обусловливаег высокую магниточувствительность некоторых живых существ, следует кратко описать его кристаллографию.
По данным Ч. Уэрта и Р. Томсона (1969), в химической структуре магнетита, исходя из условия электронного равновесия, содержатся двух- и трехзарядные ионы железа (Fe2+02_, Fe3+Of~). Рентгенографические исследования выявили, что в элементарной ячейке содержатся:
Магнитные моменты
Рис. 1. Модели подрешеток: на вершинах куба вместо атомов и ионов величина магнитных моментов и направления намагниченности в ферромагнетике (а), антнферромагнетике (б) н ферримагне-
тнке (в)
56 атомов: 32 атома кислорода и 24 атома железа (8 ионов Fe2+ и 16 — Fe3+), расположение которых и определяет постоянный магнитный момент магнетита. Нужно отметить, что ионы железа в элементарной ячейке занимают позиции двух типов. В одной из них ион железа имеет в окружении 4 иона кислорода с тетраэдрической симметрией, в другой — 6 ионов кислорода с октаэдрической симметрией (16 таких позиций). 16 ионов Fe3+ располагаются в позициях обоих типов (по 8 тетраэдрических и октаэдрических), остальные 8 ионов Fe2+ занимают октаэдрические позиции.
