Физические величины - Бабичев А.Н.
ISBN 5-283-04013-5
Скачать (прямая ссылка):
Магнитные свойства ферримагнетиков были впервые объяснены Неелем fl] на основе двухподрешеточной модели, предложенной им для ферритов со структурой шпинели (см. ниже), в которой магнитные ионы занимают тетраэдрические позиции (узлы А) и октаэдрические позиции (узлы В) Основным взаимодействием является антиферромагиитиое (отрицательное) взаимодействие между ионами из различных подрешеток, что вызывает
антипараллельное расположение их магнитных моментов. При этом результирующую намагниченность (на 1 м3 вещества) можно представить в виде разности на-магниченностей подрешеток:
MS(T, Н) = МВ(Т, Н) — МА(Т,Н). (29.1)
Поведение величины Als в зависимости от температурь: и поля может носить более сложный характер, чем в ферромагнетиках, так как характер изменения Ma и Mb с температурой и с полем может быть различным. Так, при повышении температуры может быть монотонное уменьшение Ms и обращение Ms в нуль в точке Кюри Tc. выше которой вещество парамагнитно, хотя парамагнитная восприимчивость изменяется с температурой по закону, отличающемуся от закона Кюри для простых парамагнетиков При повышении температуры в области ниже Tc возможно также увеличение спонтанной намагниченности в определенном температурном интервале. Для некоторых ферритов, в частности для многих редкоземельных ферритов — гранатов (см. табл. 29.15 и рис. 29.22), существует температура компенсации Гкомп, при которой намагниченности подрешеток становятся одинаковыми и результирующая намагниченность обращается в нуль. Появление точки компенсации возможно также при изменении состава ферримагнетика, например в иттрий-железо-галлиевых гранатах.
При описании магнитных свойств ферритов пользуются также удельной намагниченностью насыщения
45*
707 Cs=MsId, где d — плотность. Предел Os при температуре, стремящейся к нулю, обозначают Связь между а® и числом магнетонов Бора лв на одну формульную единицу феррита дается выражением
пв = °s . (29-2)
в Nu
A rB
где рв — магнетон Бора; M — молекулярная масса, соответствующая одной формульной единице; Na — число Авогадро. Магнитный момент на молекулу рт при T= О определяется как
Prn= («в -"л) Fb5 (29-3)
где па, пв — число магнетонов Бора, приходящихся на атомы в позициях А и В соответственно.
Энергию магнитного взаимодействия, зависящую от ориентации намагниченности относительно кристаллографических осей, называют энергией магнитной кристаллографической анизотропии. Для кубического кристалла (к ним относятся ферриты со структурой шпинели и граната) эту энергию Ea обычно записывают в виде [2]
Ea = Zf1 ( a? of ¦+ of 4 + «* 4) + К,а\ (29.4)
где Ki, Яг — — константы анизотропии, а а,, а2, а3 — направляющие косинусы вектора намагниченности относительно осей, совпадающих с ребрами куба. Магнитную анизотропию можно характеризовать с помощью эффективного внутреннего поля напряженностью Ha=2KJMs.
Под действием магннтострикции при изменении намагниченности в кристалле происходит деформация кристаллической решетки В частном случае феррита кубической структуры относительная магнитострикционная деформация может быть представлена в виде
I 2 M
+ ЗХ„, (? «2 R1 ?2 + а2 а3 ^2 P3 + O1 «з P1 рз), (29.5) где Xioo и Хш — константы магннтострикции насыщения в направлениях f 1OOJ и [111] соответственно, а ?i, Рг, Рз — направляюшие косинусы оси, вдоль которой измеряется деформация.
Феррит, помещенный в постоянное магнитное поле напряженностью H0 и перпендикулярное к нему переменное СВЧ-магнитное поле, поглощает СВЧ-энергию. Это поглощение носит резонансный характер (ферромагнитный резонанс) и максимально на частоте и0, определенным образом связанной с полем H0. Зависимость резонансной частоты (о0 от H0 имеет сложный характер и определяется магнитной кристаллографической анизотропией, анизотропией формы, упруго напряженным состоянием образца и т. п. [3]. В наиболее простом случае изотропной сферы
W0 = Ttf0. (29.6)
Здесь у — гиромагнитное отношение:
„2 + „2 р2 I1 2 2 3 3
Tf = 8
2 тс
(29.7)
где е — заряд электрона; т — масса покоя электрона; с — скорость света; g — фактор спектроскопического расщепления. Для ферритов со структурой шпинели гри наличии двух подрешеток значение ^-фактора дается выражением [4]
M1
¦М,
8 =
мв / 8в — МА I 8А
(29.8)
Амплитуда и форма резонансной кривой поглощения определяются процессами релаксации. Наличие их приводит к тому, что компоненты тензора магнитной проницаемости становятся комплексными величинами. При отсутствии внешнего магнитного поля магнитная проницаемость скалярна. Ширина резонансной кривой ферромагнитного резонанса АН обычно определяется как разность полей, при которых мнимая часть диагональной компоненты тензора проницаемости [i" составляет половину своего значения [і"рез в точке резонанса. Зависимость ее вещественной [i' и мнимой [i" частей от частоты называют магнитными спектрами. Для магнитных спектров ферритов характерно наличие двух областей дисперсии. Низкочастотная область дисперсии обусловлена смещением границ доменов, а более высокочастотная — «естественным» ферромагнитным резонансом в эффективных полях анизотропии и размагничивающих полях.
