3.1.6. Магнитная анизотропия.

Проявления Ф. в монокристаллах и поликристаллах могут существенно различаться. В ферромагнитных монокристаллах наблюдается магнитная анизотропия(рис. 3) – различие магнитных свойств по разным кристаллографическим направлениям. В поликристаллах с хаотическим распределением ориентаций кристаллических зёрен анизотропия в среднем по образцу отсутствует, но при неоднородном распределении ориентаций она может наблюдаться (магнитная текстура).

Рис. 3

Магнитная анизотропия, неодинаковость магнитных свойств тел по различным направлениям. Причина М. а. заключается в анизотропном характере магнитного взаимодействия между атомными носителями магнитного момента в веществах. В изотропных газах, жидкостях, поликристаллических твёрдых телах М. а. в макромасштабе не проявляется. Напротив, в монокристаллах М. а. приводит к большим наблюдаемым эффектам, например к различию величины магнитной восприимчивости парамагнетиков вдоль различных направлений в кристалле. Особенно велика М. а. в монокристаллах ферромагнетиков, где она проявляется в наличииосей лёгкого намагничивания,вдоль которых направлены векторы самопроизвольной намагниченностиJ_sферромагнитныхдоменов.Мерой М. а. для данного направления в кристалле является работа намагничивания внешнего магнитного поля, необходимая для поворота вектораJ_sиз положения вдоль оси наиболее лёгкого намагничивания в новое положение — вдоль внешнего поля. Эта работа при постоянной температуре определяетсвободную энергию М. а. F_aндля данного направления.Зависимость F_aнот ориентацииJ_sв кристалле определяется из соображений симметрии. Например, для кубических кристаллов:

, где₁,₂,₃— направляющие косинусы J_sотносительно осей кристалла [100] (рис.),K₁ — первая константа естественной кристаллографической М. а. Величина и знак её определяются атомной структурой вещества, а также зависят от температуры, давления и т.п. Например, в железе при комнатной температуреK₁~ 10⁵ эрг/см³(10⁴дж/м³), а в никелеK₁~ —10⁴эрг/см³ (—10³дж/м³).С ростом температуры эти величины уменьшаются, стремясь к нулю вКюри точке.У антиферромагнетиков, ввиду наличия у них не менее двух магнитных подрешёток (J₁и J₂), имеется, по крайней мере, две константы М. а. Для одноосного антиферромагнитного кристаллаF_анзаписывается в виде:

(z— направление оси М. а.). Значения константа и bтого же порядка, что и у ферромагнетиков. У антиферромагнетиков наблюдается большая анизотропиямагнитной восприимчивости; вдоль оси лёгкого намагничиваниястремится с понижением температуры к нулю, а в перпендикулярном к оси направлении (нижеНееля точки)не зависит от температуры.

Магнитная анизотропия кубических монокристаллов железа. Приведены кривые намагничивания для трёх главных кристаллографических осей [100], [110] и [111] ячейки кристалла железа; J — намагниченность, Н — напряжённость намагничивающего поля.

Экспериментально константы М. а. могут быть определены из сопоставления значений энергии М. а. для различных кристаллографических направлений. Другой метод определения констант М. а. сводится к измерению моментов вращения, действующих на диски из ферромагнитных монокристаллов во внешнем поле так как эти моменты пропорциональны константам М. а. Наконец, эти константы можно определить графически по площади, ограниченной кривыми намагничивания ферромагнитных кристаллов и осью намагниченности, ибо эта площадь также пропорциональна константам М. а. Значения констант М. а. могут быть определены также из данных по электронному парамагнитному резонансу(для парамагнетиков), поферромагнитному резонансу(для ферромагнетиков) и поантиферромагнитному резонансу(для антиферромагнетиков). Вследствиемагнитострикциив магнетиках наряду с естественной кристаллографической М. а. наблюдается также магнитоупругая анизотропия, которая возникает при наложении на образец внешних односторонних напряжений. В поликристаллах, при наличии в нихтекстуры магнитнойилитекстурыкристаллографической, также проявляется М. а.