Основы физики твердого тела. - Зиненко В.И.
Скачать (прямая ссылка):
MsVi cos 9i = 0, (12.40)
i
где Vi - объем г-го домена, - угол между намагниченностью г-го домена и
любым фиксированным направлением в веществе.
Если к образцу приложить внешнее магнитное поле В, то образец начинает
намагничиваться, и вдоль направления В появляется результирующий
магнитный момент 8МВ, который складывается из двух слагаемых:
8МВ = Ma cos + Ма ViS(cos #г-), (12.41)
i i
где 8Vi обусловлено изменением объема г-го домена, a S(cos#;) обусловлено
изменением направления намагниченности в г-м домене. Оба эти процесса в
реальных веществах имеют необратимый характер, т.е. при снятии внешнего
магнитного поля система магнитных доменов не возвращается в
первоначальное состояние.
Физическая причина необратимых изменений намагниченности ферромагнетиков
при их намагничивании заключается в том, что их доменная структура
зависит как от внутреннего строения и межатомных взаимодействий, так и от
внешних условий, в частности, от величины приложенного внешнего поля. В
случае не очень сильных магнитных полей в многодоменном образце
существует, как правило, много равновесных метастабильных состояний,
обладающих различными значениями термодинамического потенциала. Переход
между этими состояниями затруднен наличием энергетических барьеров (т.е.
максимумов термодинамического потенциала, разделяющих его относительные
минимумы). И если высота этих потенциальных барьеров заметно больше
характерных величин средней тепловой энергии ~ квТ, то тепловые
флуктуации не могут вызвать переходов системы между относительными
минимумами потенциала.
296
Гл. 12. Магнитоупорядоченные структуры
Эта необратимость процессов намагничивания приводит к явлению магнитного
гистерезиса, т.е. к неоднозначной зависимости (отставанию)
намагниченности М ферромагнетика от внешнего поля В. Типичная кривая
намагниченности и петля гистерезиса в слабых магнитных полях показана на
рис. 12.7. Максимальная величина поля Вт соответствует намагниченности
насыщения, Мг - величина остаточной намагниченности. Величина магнитного
поля Вс, при котором намагниченность образца обращается в нуль,
называется коэрцитивной силой.
Величины Ms, Мг, Вт, Вс существенно различаются в различных магнитных
материалах. В табл. 12.2 приведены значения Вс и Ms для некоторых
"магнитомягких" материалов.
Применения магнитных материалов весьма разнообразны. Магнитные сплавы
применяют для изготовления сердечников трансформаторов для электро- и
радиотехники, магнитопроводов для магнитов в лабораторных и
технологических установках и в множестве других устройств. Рекордными
значениями намагниченности обладают сплавы на основе Sm-Co.
Ферродиэлектрики (ферриты), благодаря малым потерям
Т аблица 12.2. Магнитные характеристики отдельных веществ
Материал Химический состав, вес. % Bc, Э 4nMs, Гс
Fe 45-пермаллой Супермаллой 0,05 примеси 55 Fe; 45 Ni 16 Fe; 79 Ni; 5 Mo
0,01 0,3 0,002 21600 16000 7900
электромагнитного поля, широко применяются в высокочастотной электронике
в качестве ВЧ транформаторов, вентилей и др. Магнитные
поликристаллические пленки служат основой для многочисленных устройств
хранения информации: магнитных лент, дискет и жестких дисков
("винчестеров") в компьютерной технике.
Рис. 12.7. Кривая намагничивания и петля гистерезиса в области слабых
магнитных полей. О А - начальный участок; АСА' - нисходящая ветвь
(отвечает уменьшению величины поля В); А'С А - восходящая ветвь
(увеличение величины поля В)
12.4. Ферромагнитные домены
297
Задачи
12.1. Определить энергию взаимодействия магнитных диполей в случае, когда
они лежат на одной прямой и в случае, когда диполи расположены на двух
параллельных прямых. Расстояние между диполями г, магнитный момент равен
магнетону Бора.
12.2. Почему нельзя объяснить природу ферромагнетизма взаимодействием
магнитных диполей?
12.3. Найти температуру Нееля антиферромагнетика. Константа молекулярного
взаимодействия материала равна pBJg = 103 эрг, а температура Кюри - 2 К.
12.4. Рассчитать относительную намагниченность железа при температурах
10, 20 и 50 К.
12.5. Рассчитать средние размеры домена в ферромагнитном кристалле, если
толщина переходного слоя равна 20 межатомным расстояниям.
12.6. Определить коэрцитивную силу железа при произвольной ориентации в
пространстве спонтанной намагниченности, если измерительное магнитное
поле приложено вдоль оси третьего порядка.
Глава 13
СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ
13.1. Явление сверхпроводимости
Во многих металлах и сплавах и даже в сильно легированных полупроводниках
при низких температурах наблюдаетсн необычное явление: ниже некоторой
критической температуры электрическое сопротивление материала неожиданно
падает до нуля. Это явление было открыто в 1911 году Камерлинг-Оннесом в
ртути и было названо сверхпроводимостью. Материалы, которые находятся в
сверхпроводящем состоянии, обладают аномальными физическими свойствами.
Перечислим некоторые из них.
1. Когда вещество находится в сверхпроводящем состоянии, незатухающий
