Любой кристаллическое тело в магнитном отношении является анизотропным. Это приводит к тому, что вектор намагниченности отдельного домена устанавливается по направлению оси легкого намагничивания, что обеспечивает для ферромагнетика условия минимального значения энергии анизотропии.
Рассмотрим схему, изображающую поперечное сечение ферромагнитного кристалла и иллюстрирующую возникновение доменной структуры (рис. 5.6). На рис. 5.6.а представлена насыщенная конфигурация кристалла, соответствующая одному домену, по объему равному объему кристалла. Вследствие наличия полюсов на торцах кристалла этой конфигурации будет отвечать максимальная величина магнитной энергии. Если объем кристалла будет содержать два равных домена с противоположно направленными моментами (рис. 5.6.б), то магнитная энергия будет примерно вдвое меньше. Увеличение количества доменов приводит к соответствующему уменьшению магнитной энергии (рис. 5.6.в). Процесс дробления кристалла на домены происходит до тех пор, пока затраты магнитной энергии, необходимой для образования новых граничных слоев или внутренних поверхностей, отделяющих друг от друга противоположно намагниченные домены, не станет больше, чем уменьшение энергии магнитного поля, соответствующей дальнейшему дроблению
Количество доменов внутри кристалла, их форма и взаимосвязь определяются направлением анизотропии в кристалле, вдоль которого выстраиваются спины, и требованиями минимизации энергии размагничивания и энергии блоховских стенок.
Наиболее равновесной в энергетическом отношении является структура доменов, при которой энергия магнитного взаимодействия вообще будет равна нулю. Такая ситуация возникает, когда в магнитной структуре ферромагнетика наблюдаются не только домены с антипараллельной ориентацией спинов, но и любой другой ориентацией. На рис. 5.6. г и 5.6.д показаны домены с магнитной энергией , равной нулю.
Рис. 5.6. К образованию доменных структур
При появлении механических напряжений доменная структура изменяется. Это связано с тем, что возникновение механических напряжений изменяет ориентацию магнитных моментов. Домены разрушаются под действием теплового движения, они растут при понижении температуры.
Между доменами существует область, которая называется границей доменов (или стенкой Блоха), которая представляет собой переходный слой, разделяющий соседние домены с разной направленностью векторов намагниченности. Обычно доменные границы составляют по ширине несколько атомных плоскостей, в каждой из которых происходит постепенное изменение направления атомных магнитных моментов, что обеспечивает плавный переход от одного домена к другому. Так как переход от одного домена к другому связан с дополнительной затратой магнитной энергии, то такой плавный переход способствует снижению необходимой обменной энергии.
Структура доменов (их размер, форма, ориентация векторов намагниченности) должна удовлетворять условию минимальности свободной энергии в ферромагнетике. Размер доменов зависит от объемной характеристики ферромагнетика, при этом с увеличением размера тела он растет пропорционально квадратному корню из наименьшего размера (толщины) образца. Границы доменов не совпадают с границами кристалла и границами блоков кристаллической мозаики. При уменьшении размеров ферромагнетика до некоторой кристаллической величины дробление на домены может стать энергетически невыгодным. В этом случае образуется однодоменная структура, и каждая ферромагнитная, например порошковая, частица представляет собой один домен.
5.8. Намагничивание ферромагнетиков
При отсутствии внешнего магнитного поля и остаточной намагниченности ферромагнетики не намагничены, так как векторная сумма всех магнитных моментов доменов будет равна нулю. Если приложить постоянное внешнее поле, то ферромагнетик начинает намагничиваться, при этом величина магнитной индукции ферромагнетика составит
(5.35)
Намагниченность связана с напряженностью внешнего магнитного поля
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.