8.5 Гіромагнітні досліди. Природа феромагнетизму. Домени. Антнферомагнетнкн. Ферити

У розд. 8.2 було встановлено, що магнітний і механічний моме­нти атомів направлені вздовж однієї лінії в протилежних напрямках. Тому при орієнтуючій дії на один із них, другий також зазнає орієн­туючої дії. В цьому і заключається ідея гіромагнітних дослідів (рис.8.8).

Барнетт у 1909 році одержав намагнічування залізного стержня при його швидкому обертанні (рис.8.8, а). Механічні моменти елект­ронів за рахунок гіроскопічних сил, подібно дзизі, орієнтуються вздовж осі обертання стержня. Разом з ними орієнтуються і їхні магні­тні моменти, що приводить до намагнічування стержня.

У 1915 році А. Ейнштейн і А. Де Гааз провели протилежний до­слід (рис.8.8, б). Вони намагнічували залізний стержень. Разом з маг­нітними моментами орієнтувались і механічні моменти електронів. У відповідності із законом збереження моменту імпульсу, стержень по­винен прийти в обертальний рух, що і було підтверджено експеримен­тально.

 

У 1917 році А.Ф.Іоффе і П.Л.Капіца швидко нагріли намагніче­ний стержень вище точки Кюрі. До нагрівання магнітні і механічні моменти були зорієнтовані (рис.8.8, в), але стержень не обертався. Пі­сля нагрівання орієнтація магнітних і механічних моментів стала хао-тичною(рис.8.8, г), і сумарний механічний момент став відмінний віднуля. Стержень приходив у обертальний рух у відповідності із зако­ном збереження моменту імпульсу.

У всіх цих дослідах вимірювалось відношення магнітного мо­менту до механічного, тобто гіромагнітне відношення. Виявилось, що для феромагнітних тіл воно дорівнює спіновому гіромагнітному від­ношенню -ро-я/іПи,. Це свідчить про те, що феромагнетизм зумовлений не орбітальними, а спіновими магнітними моментами електронів. При цьому утворюються області (-ІО"2-*-10"3 см) спонтанного намагні­чування - домени. У ненамагніченому феромагнетику магнітні моме­нти доменів орієнтовані хаотично (рис.8.9, а). При намагнічуванні во­ни одержують переважну орієнтацію вздовж зовнішнього поля Н (рис.8.9, б), підсилюючи його.

Як же утворюються домени? Відбувається обмін електронами внутрішніх незаповнених оболонок атомів, причому, як зазначалось у розділі 1.4 формула (1.5), енергетично вигіднішою може бути парале­льна орієнтація спінів і спінових магнітних моментів. Спіни електро­нів цих незаповнених оболонок орієнтуються паралельно один одно­му, що приводить до спонтанного намагнічування певних областей кристала (утворюються домени). Це феромагнетики. У випадку, коли енергетично вигіднішою є антипаралельна орієнтація спінів, домени не утворюються. Це антиферомагнетики, наприклад МпО.

Доменна природа феромагнетизму легко пояснює ефект Барк-гаузена (рис.8.2,б). Ступінчатий характер кривої намагнічування зу­мовлений послідовною, а не одночасною, переорієнтацією намагнічу­вання окремих доменів у зовнішньому полі. Насичення намагнічуван­ня пояснюється тим, що вже всі домени зорієнтовані вздовж намагні­чуючого зовнішнього поля.

У антиферомагнетиках спіни електронів антипаралельні і до­миєш і^^о]щішка^Лл^.їїаррі*шярріванмі етпищрзішіганй орієнтація руйнується і стає паралельною. Намагніченість антиферомагнетика

зростає (рис.8.10). При певній температурі, _^ яка називається антиферомагнітною точкою

(\ \ Кюрі,    або    температурою    Неєля Тн,

і  \  \ намагніченість досягає максимуму, а потім

/   !   \ зменшується.. Антиферомагнетик

/     \     \. перетворюється в парамагнетик.

Ь^--1-► Антиферомагнетик можна розглядати

0 Тн Т  як   складну   структуру,   утворену двома

Рисунок 8.10 під ґратками,   кожна   із   яких спонтанно

намагнічена, і вставлені одна в іншу так, що їхні намагніченості протилежні. Якщо магнітні моменти цих підграток однакові, то при ОК вони компенсують одна одну, і магнітний момент антиферомагнетика дорівнює нулю. У випадку, коли магнітні моменти підграток різні, виникає спонтанна намагніченість кристалу. Такий нескомпенсований антиферомагнетик називається ферімагнетиком, або феритом, наприклад, БеО, БегОз. Відмінна особливість феритів це хороші магнітні властивості (висока магнітна проникність, мала коер-цетивна сила, велике значення індукції насичення) і великий електри­чний опір. Саме завдяки високому електричному опору їх використо­вують у техніці надвисоких частот (НВЧ), тому що втрати на нагрі­вання за рахунок індукційних струмів Фуко мізерні.