Исследование характеристик магнитных материалов. Теоретические сведения

Лабораторная работа № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Цели работы: ознакомление с основными свойствами магнитных материалов; изучение процессов перемагничивания элементов из магнитных материалов в переменных магнитных полях; определение температуры Кюри исследуемых материалов; определение основных характеристик пленочных структур на основе феррит – гранатов.

Теоретические сведения

В соответствии с современными представлениями магнитные свойства материалов обусловлены следующими тремя причинами:

– наличием у электрона спинового магнитного момента;

– орбитальным движением электронов в атоме, приводящим к появлению некоторого результирующего магнитного момента за счет пространственного движения электронного облака;

– магнитным моментом атомного ядра вследствие наличия спиновых моментов протонов и нейтронов.

Главными причинами, ответственным за наблюдаемые магнитные свойства материалов являются первые две, так как спиновый магнитный момент ядра не превышает 0,1% спинового магнитного момента электрона. Однако, если в атоме имеется четное число электронов, то вследствие спаривания, согласно принципу Паули, электронов с противоположными спинами результирующий магнитный момент окажется равным нулю. Поэтому спиновые магнитные моменты электронов проявляются лишь в веществах, имеющих недостроенные внутренние электронные оболочки, в частности, в ряде переходных металлов. Например, в оболочке 3d железа на 10 возможных орбиталях имеется лишь 6 электронов, причем спины пяти из них направлены параллельно и лишь одного антипараллельно. Это имеет место и в других магнитных материалах – никеле и кобальте.

Дополнительным условием проявления магнитных свойств вещества является особое соотношение энергии электростатического взаимодействия электронов и их взаимной ориентации спинов.

За единицу измерения атомных магнитных моментов принят магнетон Бора

где h – постоянная Планка; е и m – заряд и масса электрона соответственно.

На практике для характеристики магнитных свойств материалов используются другие величины, которые характеризуют взаимодействие материала с внешним магнитным полем и являются  более удобными для экспериментального определения. К ним относятся величины магнитной восприимчивости ξ и магнитной проницаемости μ :

где М – величина, намагниченности вещества, Н – напряженность внешнего магнитного поля, измеряемые в А/м;

где В – магнитная индукция (Тл); m_о – магнитная постоянная, равная 4π·10^-7 Гн/м.

Диамагнетики и парамагнетики, у которых величина m приблизительно равна единице, относятся к немагнитным.

Практическое применение в технике и, в частности, в информатике и радиоэлектронике, получили ферромагнитные материалы, у которых величина m значительно больше единицы и достигает значений 10⁶. Кроме того, она имеет сложный характер зависимости от температуры и внешнего магнитного поля.

Температурная зависимость этих материалов такова, что их магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость достигают при повышении