Доменная структура ферромагнетиков
Магнитные моменты соседних атомов ферромаг-ов ориентированны , однако в кристалле достаточно большой величины все магнитные моменты не могут быть ориентированны . В противном случае вокруг кристалла появится магнитное поле и энергия системы . Для снижения энергии системы кристалл разбивается на домены - области спонтанной намагниченности, причем разбиение производится таким образом, чтобы внешнее магнитное поле отсутствовало
Разбиение кристалла на домены. Стрелками показаны направления векторов намагниченности в каждом домене.
Важно отметить, что на границе доменов магнитные моменты атомов не могут быть антипараллельными. В противном случае энергия атомов повысится на величину обменной энергии. Т-м обр-м, на границе доменов происходит постепенный поворот магнитных моментов атомов из одного положения в другое. Тем не менее, энергия атомов на границах доменов оказывается повышенной. Обменное взаимодействие соседних атомов ферромагнитных материалов приводит к снижению энергии системы на величину: Uобм = -А (s1s2), где А - обменный интеграл зависящий от отношения а/r. Поскольку расстояние м/у атомами по различным кристаллографическим направлениям различно, то и значения обменной энергии по различным направлениям различно. Т-м обр-м, в ферромагнетиках появ-ся магнитная анизотропия. Очевидно, что внутри доменов магнитные моменты атомов ориентированы вдоль наиболее энергетически выгодных направлений. Такие направления принято называть направлениями легкого намагничивания. На границах доменов магнитные моменты ориентированы в менее выгодных магнитотвердых направлениях. Доказали что на границах доменов энергия атомов повышена. для того чтобы энергия материала была мин необходимо, чтобы протяженность границ доменов была мин, или размер доменов наиболее большим.
В то же время, росту доменов препятствует магнитострикция - деформация кристал-ой реш-ки под воздействием магнитного поля. Обменное взаимод-ие м/у атомами приводит к появл-ию дополнителных сил взаимод-ия и кристал-ая реш-ка деформируется. Рост домена ведет к увелич-ию напряженности локального поля внутри домена и возрастанию деформации решетки. При этом энерия сис-мы увелич-ся. Т-м об-м, противоборство магнитной анизотропии и магнитострикции приводит к установ-ию оптимального размера магнитных доменов.
Кривая намагничивания
При помещении ферромагнетика во внешнее магнитное поле векторы намагниченности каких-либо доменов окажутся совпавшими или близкими к совпадению с вектором напряжён-ти внешнего магнитного поля. Энергия таких доменов будет мин, тогда как энергия всех остальных доменов повысится. Для того чтобы понизить энергию системы благоприятно ориентированные домены растут. При этом увелич-ся намагниченность (М) и, , возрастает индукция (В). Зависимость индукции от напряженности внешнего магнитного поля принято называть кривой намагничивания.
На начальном участке кривой намагничивания увеличение напряж-ти внешнего поля ведет к незначительному росту индукции, причем при отключении внешнего поля индукция снижется до 0. Этот участок принято называть участком обратимого намагничивания или областью Релея (I).
На 2 участке незначит-ое измен-ие напряжен-ти внешнего поля ведет к заметным изменениям индукции. Этот участок называют участком резкого роста инд-ии или областью скачков Баркгаузена (II).
На 3 участке кривой намагничивания зависимость индукции от напряженности внешнего поля вновь ослабевает. Этот участок называют участком замедленного намагничивания или область намагничивания за счет процессов вращения (III).
На четвертом участке индукция растет пропорционально напряженности магнитного поля. Этот участок называют участком насыщения или областью парапроцесса (IV).