Из теории парамагнетизма следует, что для намагничивания тела необходимо, чтобы большинство элементарных магнитиков имели одинаковое направление. При хаотичной ориентации магнитиков общее магнитное поле будет отсутствовать. Для ориентации элементарных магнитиков в одном направлении тело необходимо внести во внешнее магнитное поле, которое поворачивает антипараллельные спины в направлении вектора напряженности поля, нарушает равновесие и намагничивает тело. Интенсивность намагничивания пропорциональна количеству спинов, ориентированных по вектору напряженности внешнего магнитного поля.
Характерной особенностью ферромагнетиков является их способность сохранять длительное время параллельную ориентацию спинов после снятия намагничивающего поля, что означает длительное постоянство вращения электронов в одном направлении. Теория ферромагнетизма базируется на модели Кюри-Вейсса или модели самосогласованного поля. Причиной, приводящей к параллельной ориентации спинов, является особое взаимодействие между электронами, связанного с существованием внутримолекулярного магнитного поля, напряженность которого пропорциональна намагниченности насыщения. Тогда, общая намагниченность ферромагнетика при воздействии на него внешним магнитным полем будет складываться из внешнего и внутренних магнитных полей
(5.28)
где Н – вектор напряженности внешнего магнитного поля; Hi – вектор напряженности внутреннего магнитного поля; Is - намагниченность насыщения; λ – постоянная Вейсса внутримолекулярного поля.
Постоянная Вейсса является характеристикой атома и кристаллической решетки, не зависящей от температуры. Таким образом, если внешнее поле отсутствует (Н = 0), то ферромагнетик все равно остается намагниченным, так как внутри него параллельная ориентация спинов поддерживается внутренним магнитным полем Нi. Это состояние ориентированных в одном направлении спиновых моментов называют спонтанной или самопроизвольной намагниченностью. Самопроизвольную намагниченность нельзя объяснить чисто магнитным взаимодействием, причина этого явления раскрывается с позиций квантовой теории.
Из квантовой теории межатомных связей и решения волнового уравнения Шреденгера, описывающего обмен электронами между двумя атомами, следует, что окончательное распределение электронной плотности будет отличаться от того, которое отвечает волновой функции, полученной независимым наложением. Так, в результате обменного взаимодействия образование устойчивой межатомарной связи возможно лишь в случае, когда энергия связи будет меньше суммарной энергии атомов, составляющих эту связь, а спины электронов, участвующих в обменном взаимодействии, будут ориентированы антипараллельно. Это положение носит общий характер, но по отношению к ферромагнетикам оно нарушается.
В Гейзенберг показал, что для электронов, обуславливающих ферромагнетизм, возможно получение положительного обменного взаимодействия и уменьшение энергии системы атомов только при условии параллельной ориентации спинов, т.е. минимум электростатической энергии взаимодействия достигается при параллельном расположении спинов электронов. Величина энергии обменного взаимодействия зависит от ориентации спинов взаимодействующих атомов и характеризует их различие в энергии кулоновкого взаимодействия
(5.29)
где Uобм – энергия обменного взаимодействия; S1 и S2 – спиновые моменты взаимодействующих атомов; А – коэффициент пропорциональности, называемый обменным интегралом, представляющий собой потенциал между двумя атомами.
Ориентация спинов определяется знаком обменного интеграла. Если обменный интеграл отрицателен, то спины устанавливаются антипараллельно. Это имеет место при образовании ковалентной связи и в антиферромагнетиках. Положительному значению обменного интеграла отвечает параллельная ориентация спинов, что имеет место в ферромагнетиках.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.