Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
142
рис. 4.34. Схема установки для измерений магнитострикции методом
оптической интерференции [43]:
1 - зеркала интерферометра; 2 - конденсаторная батарея; 3 -генератор
импульсов; 4, - ЭВМ; 5 - РОП; б - детектор; 7 - диафрагма; 8 - лазер; 9 -
зеркало; Ю - регулировочный винт; И - пьезоэлемент; 12, 15 - изоляторы;
13 - образец; 14 - соленоид
от измерений продольной магнитострикции к измерению поперечной без
опасности повредить образец или датчик.
Описанный метод позволил надежно регистрировать изменения абсолютных
размеров образца порядка КГ10 м (А /// "1 (Г 7) в импульсных магнитных
полях с Вт до 20 Тл при температурах от 4,2 до 300 К.
6 7
J \ /
t V
2 А,
1" " т\
К недостаткам данного метода измерения магнитострикции относится
трудность градуировки измерительной части для определения соотношения
между регистрируемым напряжением с пьезодатчика и значением А///. Обычно
для этих целей сравнивают значения магнитострикции в исследуемом образце,
полученные описываемым методом и методом . выносного датчика при Т 300 К.
Такой поэтапный способ градуировки позволяет оценить погрешность
измерения магнитострикции в 20-30%.
Оптический интерферометр. В Осакской лаборатории сильных магнитных полей
разработан новый метод измерения магнитострикции, который обеспечивает
повышение точности и чувствительности таких измерений (рис. 4.34) [43].
Измерительное устройство представляет собой интерферометр Фабри-Перо,
состоящий из фиксированного полупрозрачного зеркала и подвижного зеркала,
укрепленного на исследуемом образце. Изменение размеров образца Д/ под
Действием внешнего магнитного поля приводит к изменению расстояния между
зеркалами, и интенсивность прошедшего через интерферометр света меняется
с периодом А/ = Х/2 (X - длина волны падающего света). Источником света
служит Не-Ne-лазер, фотоприемником -
143
Рис. 4.35. Результат измерения магнитострикции с использованием
интерферометра Фабри-Перо [43]:
верхняя кривая - временная зависимость сигнала с интерферометра, нижняя -
зависимость В (Г)
фотодиод. Если Д/ очень мало (меньше Х/4), можно градуировать
интерферометр приложением соответствующих электрических напряжений к
пьезоэлементу из титаната-цирконата свинца, на котором закреплено
"неподвижное" зеркало. Этот пьезоэлемент используется и для установления
номера интерференционного максимума, принимаемого за начальный. После
настройки интерферометр помещается в центр импульсного соленоида.
Вакуумный зазор интерферометра предназначен для предохранения от
механических шумов и теплоизоляции. На первых порах изменение температуры
пробного образца осуществлялось в пределах от - 50 до +50 °С с помощью
горячего или холодного газа (азот), поступающего снизу; впоследствии
интерферометр поместили в дьюар - в результате стало возможным измерение
магнитострикции при более низких температурах.
С учетом точности установки пластин интерферометра и однородности СМП
сделан вывод, что лучше всего использовать образцы длиной менее 1 мм.
Так, при исследовании магнитострикции сплавов железо-никель образцы имели
длину 03 мм при сечении 3x3 мм. Подвижное зеркало диаметром 3 мм
изготавливалось напылением металла на стекло. Пример результатов
измерений показан на рис. 4.35. Видно, что скачки фазы (указаны
стрелками) имеют место в каждой точке, где B(t) проходит через минимум,
максимум или нуль. Это означает, что влиянием вихревых токов и вибраций
на интерферометр можно пренебречь, по крайней мере при использованных в
эксперименте значениях Вт (не более 10 Тл).
4.3.5. Измерения крутящего момента. Известно [141] , что в
магнитоупорядоченных веществах плотность свободной энергии зависит от
направления намагниченности М магнитных подрешеток относительно осей
кристалла. Зависящая от ориентации этих векторов часть свободной энергии
называется энергией магнитной кристаллографической анизотропии (с
плотностью Еа) и записывается обычно в виде ряда по
144
степеням Му (i - номер магнитной подрешетки; j = х, у, z ), допускаемого
симметрией кристаллической решетки. Например, для ферромагнетика (одна
подрешетка) с кубической кристаллической структурой
*л = "7 + МХ + +
м
М = v/m2 + л/2 + л/2 .
Коэффициенты разложения Кп называются константами анизотропии, и -
порядок константы. В магнитном поле на образец будет действовать крутящий
момент сил К* =<Д. х В, где "Д. = Е | М(- Л - так на-
I
зываемый ферромагнитный момент образца. Крутящий момент Ку стремится
повернуть исследуемый кристалл в положение, соответствующее минимуму
энергии:
d(!Edv)/dtfli = 0.
Измеряя крутящий момент во внешнем магнитном поле при различных его
ориентациях относительно кристаллографических направлений исследуемого
вещества, можно определить константы магнитной анизотропии (зто возможно
для монокристаллического образна в однородном поле).
Впервые в импульсных полях такие измерения были проведены Р.З. Левитиным
и Б.К. Пономаревым [163] методом выносного пьезодатчика. Исследования
