Лекция 16.pa-polyakov.narod.ru/olderfiles/1/prezentacciya_lekccii...Лекция 16. •...
TRANSCRIPT
![Page 1: Лекция 16.pa-polyakov.narod.ru/olderfiles/1/Prezentacciya_lekccii...Лекция 16. • Ферромагнетики. Спонтанная намагниченность и](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022051809/601388f31a9aff047026e0a9/html5/thumbnails/1.jpg)
Лекция 16.
•
Ферромагнетики. Спонтанная намагниченность
и
температура
Кюри.
Доменная
структура. Гистерезис намагничивания, кривая
Столетова.
Остаточная
индукция
и
коэрцитивная сила. Температурная
зависимость
намагниченности.
16.1
![Page 2: Лекция 16.pa-polyakov.narod.ru/olderfiles/1/Prezentacciya_lekccii...Лекция 16. • Ферромагнетики. Спонтанная намагниченность и](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022051809/601388f31a9aff047026e0a9/html5/thumbnails/2.jpg)
Ферромагнетики.
•
Ферромагнетики
–
это сильномагнитные
магнетики, относительная магнитная
проницаемость
которых
может
достигать десятков
тысяч
единиц.
Кроме
этого, ферромагнетики
обладают
рядом
других отличительных
особенностей
по сравнению
с
диа-
и
парамагнетиками.
Магнитная проницаемость зависитот напряженности магнитного поля.На рисунке приведена такая зависимостьдля чистого железа ( ). кривая Столетова
16.2
![Page 3: Лекция 16.pa-polyakov.narod.ru/olderfiles/1/Prezentacciya_lekccii...Лекция 16. • Ферромагнетики. Спонтанная намагниченность и](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022051809/601388f31a9aff047026e0a9/html5/thumbnails/3.jpg)
Кривая намагничивания
16.3
![Page 4: Лекция 16.pa-polyakov.narod.ru/olderfiles/1/Prezentacciya_lekccii...Лекция 16. • Ферромагнетики. Спонтанная намагниченность и](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022051809/601388f31a9aff047026e0a9/html5/thumbnails/4.jpg)
Анизотропия намагничивания.
Кривые намагничивания Fe и Ni по различным напрвлениям монокристаллических образцов.
16.4
![Page 5: Лекция 16.pa-polyakov.narod.ru/olderfiles/1/Prezentacciya_lekccii...Лекция 16. • Ферромагнетики. Спонтанная намагниченность и](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022051809/601388f31a9aff047026e0a9/html5/thumbnails/5.jpg)
Гистерезис
намагничивания. Остаточная
индукция
и
коэрцитивная
сила.
Зависимость ( ) или ( ) неоднозначна и определяетсяпредисторией намагничивания.
B H I H
16.5
![Page 6: Лекция 16.pa-polyakov.narod.ru/olderfiles/1/Prezentacciya_lekccii...Лекция 16. • Ферромагнетики. Спонтанная намагниченность и](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022051809/601388f31a9aff047026e0a9/html5/thumbnails/6.jpg)
Схема
установки
для наблюдения
петли
гистерезиса.
16.6
![Page 7: Лекция 16.pa-polyakov.narod.ru/olderfiles/1/Prezentacciya_lekccii...Лекция 16. • Ферромагнетики. Спонтанная намагниченность и](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022051809/601388f31a9aff047026e0a9/html5/thumbnails/7.jpg)
Если Н <1А/см, мягкийферромагнетик
КЕсли Н >>1А/см, жесткийферромагнетик
КСпособ размагничивания
16.7
![Page 8: Лекция 16.pa-polyakov.narod.ru/olderfiles/1/Prezentacciya_lekccii...Лекция 16. • Ферромагнетики. Спонтанная намагниченность и](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022051809/601388f31a9aff047026e0a9/html5/thumbnails/8.jpg)
Работа
при
намагничивании
ферромагнетика.
Пусть тороид заполнен ферромагнетиком. Приувеличении тока в обмотке на возникает ЭДСсамоиндукции, против которой ток совершаетработу , где ,
- число витков. По теореме о цир
инд
dI
dA Idt Id BNSN
E
куляции
вектор имеем 2 . Находим 2 = 2 .
V
H H r NIH rdW dA NSdB HdB rSN
0 0 0
плотностьэнергиинамагничивания
Таким образом, работа , неоходимая для увеличения индукции на
в единице объема, равна ( ) .
dw dB
dw HdB Hd H I HdH HdI
16.8
![Page 9: Лекция 16.pa-polyakov.narod.ru/olderfiles/1/Prezentacciya_lekccii...Лекция 16. • Ферромагнетики. Спонтанная намагниченность и](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022051809/601388f31a9aff047026e0a9/html5/thumbnails/9.jpg)
16.9
![Page 10: Лекция 16.pa-polyakov.narod.ru/olderfiles/1/Prezentacciya_lekccii...Лекция 16. • Ферромагнетики. Спонтанная намагниченность и](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022051809/601388f31a9aff047026e0a9/html5/thumbnails/10.jpg)
Эффект Баркгаузена (1919).
16.10
![Page 11: Лекция 16.pa-polyakov.narod.ru/olderfiles/1/Prezentacciya_lekccii...Лекция 16. • Ферромагнетики. Спонтанная намагниченность и](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022051809/601388f31a9aff047026e0a9/html5/thumbnails/11.jpg)
Спонтанная
намагниченность
и температура
Кюри.
Исследования показали, что даже в отсутствии внешнего магнитногополя ферромагнитик разбит на микроскопические области (домены), в которых ферромагнетик спонтанно намагничен до насыщения. Спонтанная намагниченность ферромагнетика обусловлена ориентациейсобственных магнитных моментов электронов ( =-e/m). Ферромагнитное упорядочение существует только при температурахменьшей некоторого критиче
ского значения . При , ферромаг-нитное упорядочение проподает и ферромагнети превращается впарамагнетик. Зависимость магнитной проницаемости от температурыдля таких парамагнетиков подчиняется
К КТ Т Т
закону Кюри-Вейса
= .
К
СT Т
16.11
![Page 12: Лекция 16.pa-polyakov.narod.ru/olderfiles/1/Prezentacciya_lekccii...Лекция 16. • Ферромагнетики. Спонтанная намагниченность и](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022051809/601388f31a9aff047026e0a9/html5/thumbnails/12.jpg)
Температура
Кюри
некоторых ферромагнетиков
16.12
![Page 13: Лекция 16.pa-polyakov.narod.ru/olderfiles/1/Prezentacciya_lekccii...Лекция 16. • Ферромагнетики. Спонтанная намагниченность и](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022051809/601388f31a9aff047026e0a9/html5/thumbnails/13.jpg)
Механизм ориентации спинов ферромагнетика объясняет квантоваятерия взаимодействия заряженных чатиц (электронов ) со спином /2 находящихся на незаполненных d-оболочках атомов ферромагнетика
1 2 ,где - обменная костанта (интеграл). Если 0, то спинам энергетически выгодно ориентироватся параллелно (ферромаг-нитное упорядочение). Если 0, то выгодно
W A S SA A
A
антипараллельнаяориентация (антиферромагнитное упорядочение). Таким образом, ферромагнитное упорядочение обусловленосильным обменным взаимодействием электронов атомов с нескомпенсированными спинами и имеет немагнитное происхождения. (Дорфман 1927)
16.13
![Page 14: Лекция 16.pa-polyakov.narod.ru/olderfiles/1/Prezentacciya_lekccii...Лекция 16. • Ферромагнетики. Спонтанная намагниченность и](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022051809/601388f31a9aff047026e0a9/html5/thumbnails/14.jpg)
0
( ),
.
s
Б
s
I I LK Tn HII b b
Первая терия ферромагнетизма была разработана Вейсом в 1907 году по аналогии с теорией парамагнетизма Ланжевена,в которой дополнительно к микоскопическому полю добавленогипотетическое "молекул
0
0
ярное поле"
( ),
где - постоянная Вейса. Тогда для формулы Ланжевена получим
( ), где , ; .
эфф
m эфф Бs s m
Б s
B H bI
bp B K Tn HI I L I np IK T I b b
16.14
![Page 15: Лекция 16.pa-polyakov.narod.ru/olderfiles/1/Prezentacciya_lekccii...Лекция 16. • Ферромагнетики. Спонтанная намагниченность и](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022051809/601388f31a9aff047026e0a9/html5/thumbnails/15.jpg)
Наклон кривой определяет критическую температуру ферромагнитного упорядочения (фазовый переход 2-го рода). Намагниченность насыщения ферромагнетика зависит от температуры
OD
1/2
Намагниченность насыщения никелякак функция темпе-ратуры. Сплошнаякривая - теоретическая,построенная на ( ).L x
16.15
![Page 16: Лекция 16.pa-polyakov.narod.ru/olderfiles/1/Prezentacciya_lekccii...Лекция 16. • Ферромагнетики. Спонтанная намагниченность и](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022051809/601388f31a9aff047026e0a9/html5/thumbnails/16.jpg)
Ферромагнитные домены в кремнистой стали.
Механизм возникновения доменов
16.16
![Page 17: Лекция 16.pa-polyakov.narod.ru/olderfiles/1/Prezentacciya_lekccii...Лекция 16. • Ферромагнетики. Спонтанная намагниченность и](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022051809/601388f31a9aff047026e0a9/html5/thumbnails/17.jpg)
Доменная
граница(стенка) Блоха
16.17
![Page 18: Лекция 16.pa-polyakov.narod.ru/olderfiles/1/Prezentacciya_lekccii...Лекция 16. • Ферромагнетики. Спонтанная намагниченность и](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022051809/601388f31a9aff047026e0a9/html5/thumbnails/18.jpg)
Доменная структура на поверхностимонокристаллической никелевой пластины
16.18
![Page 19: Лекция 16.pa-polyakov.narod.ru/olderfiles/1/Prezentacciya_lekccii...Лекция 16. • Ферромагнетики. Спонтанная намагниченность и](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022051809/601388f31a9aff047026e0a9/html5/thumbnails/19.jpg)
Различные типы процессовнамагничивания ферромагнетика:
) смещение границ, г) намаг-ничивание вращения, д) намагни-чивание насыщения; участок 1 -обратимое смещение ДГ, 2 - ис-чезновение невыгодных до
а в
менов,3 - вращение намагниченности внутри домена.
16.19
![Page 20: Лекция 16.pa-polyakov.narod.ru/olderfiles/1/Prezentacciya_lekccii...Лекция 16. • Ферромагнетики. Спонтанная намагниченность и](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022051809/601388f31a9aff047026e0a9/html5/thumbnails/20.jpg)
Антиферромагнетики. Ферриты. Суперпарамагнетики.
Ферриты - бладают большимудельным сопротивлением,то есть являются магнитнымиполупроводниками. Находятважное применение в радио-технике СВЧ. Ферриты-гранатыявляются магнитными диэлек-триками. Прозрачны для света.
16.20
![Page 21: Лекция 16.pa-polyakov.narod.ru/olderfiles/1/Prezentacciya_lekccii...Лекция 16. • Ферромагнетики. Спонтанная намагниченность и](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022051809/601388f31a9aff047026e0a9/html5/thumbnails/21.jpg)
Доменная структура тонких магнитоодносных пластин ЖИГ с силной анизотропией
16.21
![Page 22: Лекция 16.pa-polyakov.narod.ru/olderfiles/1/Prezentacciya_lekccii...Лекция 16. • Ферромагнетики. Спонтанная намагниченность и](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022051809/601388f31a9aff047026e0a9/html5/thumbnails/22.jpg)
Анизотропный
магниторезистивный эффект
2cosR R
16.22
![Page 23: Лекция 16.pa-polyakov.narod.ru/olderfiles/1/Prezentacciya_lekccii...Лекция 16. • Ферромагнетики. Спонтанная намагниченность и](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022051809/601388f31a9aff047026e0a9/html5/thumbnails/23.jpg)
Гиганский магниторезистивный (ГМР) эффект. Спинтроника.
16.23
![Page 24: Лекция 16.pa-polyakov.narod.ru/olderfiles/1/Prezentacciya_lekccii...Лекция 16. • Ферромагнетики. Спонтанная намагниченность и](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022051809/601388f31a9aff047026e0a9/html5/thumbnails/24.jpg)
ГМР датчик. Альберт Ферт Albert Fert и Петер Грюнберг (Peter Grunberg)
Нобелевская премия 2007 год.
16.24