Общий курс физики Том 3. Электричество - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка):
ТЕОРИЯ ФЕРРОМАГНЕТИЗМА
331
в пределах всего домена. Такие скачкообразные повороты и опрокидывания вектора намагничивания домена называются скачками Баркгаузена. Для их наблюдения ферромагнитный образец в виде длинного стерженька или проволоки помещается в катушке, концы которой через усилитель присоединены к громкоговорителю или к осциллографу. При каждом повороте или опрокидывании магнитного момента домена скачкообразно меняется магнитный поток через катушку, и в последней возбуждается индукционный ток. В громкоговорителе слышен своеобразный шорох, а на осциллограмме осциллографа появляется беспорядочно меняющийся всплеск. В этом и состоит эффект Баркгаузена. Из осциллограмм эффекта Баркгаузена, а также с помощью порошковых фигур оказалось возможным приблизительно определить объем и линейные размеры доменов. Объем домена оказался порядка 10~6 см3. Длина доменов может достигать 2—3 мм.
8. В заключение отметим, что в зависимости от структуры кристалла обменные силы могут вызывать не только параллельную, но и антипараллельную ориентацию электронных спинов соседних атомов. В простейшем случае (в отсутствие намагничивающего поля) электронные спины как бы образуют две пространственные под-решетки с противоположно направленными спинами, вставленные одна в другую. Если величина намагничивания обеих подрешеток одинакова, то их магнитные моменты компенсируют друг друга, так что кристалл в целом не обладает магнитным моментом. Такие тела называются антиферромагнетиками, а соответствующее им упорядочение электронных спинов —антиферромагнетизмом. Явление антиферромагнетизма было теоретически предсказано Нее-лем (в 1932 г.) и независимо от него Л. Д. Ландау (в 1933 г.). К антиферромагнетикам относятся некоторые соединения марганца (MnO, MnS, MnF2), железа (FeF2, FeCl2, FeO), хрома (CrSb, Cr203) и многих других элементов. При низких температурах антиферромагнетики имеют ничтожно малую магнитную восприимчивость, которая увеличивается с повышением температуры. При некоторой температуре, называемой антиферромагнитной точкой Кюри или точкой Нееля, магнитное упорядочение спинов разрушается и антиферромагнетик превращается в парамагнетик. С дальнейшим повышением температуры, как у всякого парамагнетика, магнитная проницаемость уменьшается. Таким образом, она достигает максимума в антиферромагнитной точке Кюри.
Если величина намагничивания обеих подрешеток неодинакова, то возникает нескомпенсированный антиферромагнетизм. В этом случае тело обладает магнитным моментом, который может быть довольно значительным. Такие тела называются ферримагнети-ками. По своим магнитным свойствам они аналогичны ферромагнетикам. Если при этом ферримагнетики обладают еще полупроводниковыми свойствами, то они называются ферритами.
332
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
[ГЛ III
§ 80. Сверхпроводники и их магнитные свойства
1. Язление сверхпроводимости было открыто в 1911 г. Камер-линг-Оннесом (1853—1926) после того, как в 1908 г. им лее был ожижен гелий и стала доступной область температур вблизи абсолютного нуля. Исследуя сопротивление ртути постоянному току при приближении к абсолютному нулю, Камерлинг-Оннес обнаружил, что при температуре 4,12 К (по современным измерениям, 4,15 К) сопротивление скачкообразно уменьшалось до нуля или, во всяком случае, до неизмеримо малой величины. Дальнейшие исследования показали, что аналогично ведут себя и многие другие металлы. Это явление назвали сверхпроводимостью, а вещества, где оно наблюдается, — сверхпроводниками. Температура Тк, при которой происходит скачкообразное уменьшение сопротивления, называется температурой перехода в сверхпроводящее состояние или критической температурой. Состояние сверхпроводника выше критической температуры называется нормальным, а ниже —< сверхпроводящим. В настоящее время известно, что примерно половина металлических элементов переходит в сверхпроводящее состояние. Сверхпроводимость обнаружена также более чем у тысячи сплавов и соединений металлов. Из чистых металлов наибольшей температурой перехода обладает ниобий (9,3 К), а у сплавов и химических соединений рекордным в настоящее время является соединение ниобия с германием Nb3Ge (Гк = 23,2 К).
Наиболее точным методом для количественных оценок сопротивления сверхпроводников в сверхпроводящем состоянии является создание индукционного тока в сверхпроводящем кольце. Кольцо из исследуемого материала при температуре выше критической вносится в магнитное поле. Затем оно охлаждается до температуры ниже критической и тем самым переводится в сверхпроводящее состояние. После этого магнитное поле выключается и в кольце возбуждается индукционный ток. В обычном нормальном металле индукционный ток быстро затухает. По быстроте этого затухания можно судить о сопротивлении кольца. Если же кольцо сверхпроводящее, то ток продолжается практически неограниченно долго. Наблюдая такой ток (по величине возбуждаемого им магнитного поля), можно оценить верхний предел сопротивления кольца. Таким путем найдено, что удельное сопротивление свинца в сверхпроводящем состоянии меньше 4 • 10 23 Ом-см, т. е. по крайней мере в 1017 раз меньше удельного сопротивления меди при комнатной температуре. При переходе через критическую температуру скачок сопротивления составляет по крайней мере 14 порядков. Это позволяет с полным основанием считать, что в сверхпроводящем состоянии электрическое сопротивление постоянному току действительно исчезает.
