Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Ферромагнетизм

Ферромагнетизм (далее Ф) одно из состояний как правило, веществ, характеризуемое параллельной ориентацией магнитных моментов носителей магнетизма. Параллельная ориентация моментов (рис. 1) устанавливается при температурах Т ниже критической Q (см. Кюри точка) и обусловлена положительным значением энергии межэлектронного обменного взаимодействия (см. Магнетизм). Ферромагнитная упорядоченность моментов в ( структура – коллинеарная или неколлинеарная) непосредственно наблюдается и исследуется методами нейтронографии. Вещества, в которых установился ферромагнитный порядок моментов, называют ферромагнетиками. восприимчивость (ферромагнетиков положительна (c > 0) и достигает значений 104–105 гс/э, их намагниченность J (или индукция В = Н + 4pJ) растет с увеличением напряженности поля Н нелинейно (рис. 2) и в полях 1–100 э достигает предельного значения Js – насыщения. Значение J зависит также от "магнитной предыстории" образца, это делает зависимость J от Н неоднозначной (наблюдается гистерезис).

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

  и другие физические свойства ферромагнетиков обладают специфической зависимостью от температуры Т. Намагниченность насыщения Js имеет наибольшее значение при Т = 0 К и монотонно уменьшается до нуля при Т = Q (рис. 4).

  Выше Q ферромагнетик переходит в парамагнитное состояние (см. Парамагнетизм), а в некоторых случаях (редкоземельные металлы) – в антиферромагнитное. При Н = 0 этот переход, как правило, является фазовым переходом 2-го рода. Температурный ход магнитной проницаемости m (или восприимчивости c) ферромагнетиков имеет явно выраженный максимум вблизи Q. При Т > Q восприимчивость (обычно следует Кюри – Вейса закону. При намагничивании ферромагнетиков изменяются их размеры и форма (см. Магнитострикция). Поэтому кривые намагничивания и петли гистерезиса зависят от внешних напряжений. Наблюдаются также аномалии в величине и температурной зависимости упругих постоянных, коэффициентов линейного и объемного расширения. При адиабатическом намагничивании и размагничивании ферромагнетики изменяют свою температуру (см. Магнитное охлаждение). Специфические особенности немагнитных свойств ферромагнетиков наиболее ярко проявляются вблизи Т = Q.

  Поскольку самопроизвольная намагниченность ферромагнетиков сохраняется до Т = Q, а в типичных ферромагнетиках температура (может достигать ~ 103 К, то kQ " 10-13 эрг (k – Больцмана постоянная). Это означает, что энергия взаимодействия, которая ответственна за существование ферромагнитного порядка моментов в тоже должна быть порядка 10-13эрг  на каждую пару соседних Такое значение энергии может быть обусловлено только электрическим взаимодействием между электронами, ибо энергия взаимодействия электронов двух соседних ферромагнетика не превышает, как правило, 10-16 эрг, и поэтому может обеспечить температуру лишь ~ 1 К (такие ферромагнетики с т. н. дипольным взаимодействием тоже существуют). В общем случае взаимодействия в ферромагнетиках определяют их анизотропию. Классическая физика не могла объяснить каким образом электрическое взаимодействие может привести к Ф Только квантовая механика позволила понять тесную внутреннюю связь между результирующим моментом системы электронов и их электростатическим взаимодействием, которое принято называть обменным взаимодействием.

  Необходимым условием Ф является наличие постоянных (независящих от Н) (спиновых или орбитальных, или обоих вместе) моментов электронных оболочек ферромагнетиков. Это выполняется в построенных из переходных элементов ( с недостроенными внутренними электронными слоями). Различают 4 основных случая:

  1) металлические (чистые металлы, сплавы и интерметаллические соединения) на основе переходных элементов с недостроенными d-cлоями (в первую очередь 3d-cлоем у элементов группы 2) металлические на основе переходных элементов с недостроенными f-cлоями (редкоземельные элементы с недостроенным 4f-cлоем); 3) неметаллические соединения при наличии хотя бы одного компонента из переходных d- или f-элементов; 4) сильно разбавленные растворы переходных d- или f-металлов в диамагнитной металлической матрице. Появление в этих четырех случаях порядка обусловлено обменным взаимодействием.

  В неметаллических веществах (случай 3) это взаимодействие чаще всего носит косвенный характер, при котором порядок электронов недостроенных d-или f-cлоев в ближайших соседних парамагнитных ионах устанавливается при активном участии электронов внешних замкнутых слоев ионов (например, 2-, 2-, 2- и т.п.), расположенных обычно между ионами (см. Ферримагнетизм). Как правило, здесь возникает антиферромагнитный порядок, который приводит либо к компенсированному антиферромагнетизму, если в каждой элементарной ячейке суммарный момент всех ионов равен нулю, либо к ферримагнетизму – если этот суммарный момент не равен нулю. Возможны случаи, когда взаимодействие в неметаллических носит ферромагнитный характер (все моменты параллельны), например , 24, 3 и др.

  Общим для типа 1, 2, 4 является наличие в них системы коллективизированных электронов проводимости. Хотя в этих системах и существуют подмагничивающие обменные взаимодействия, но, как правило, порядка нет, а имеет место парамагнетизм паулевского типа, если он сам не подавлен более сильным диамагнетизмом ионной решетки. Если все же порядок возникает, то в случаях 1, 2 и 4 он различен по своему происхождению. Во втором случае 4f"-cлои имеют очень малый радиус по сравнению с параметром решетки. Поэтому здесь невозможна прямая обменная связь даже у ближайших соседних ионов. Такая ситуация характерна и для четвертого случая. В обоих этих случаях обменная связь носит косвенный характер, осуществляют ее электроны проводимости. В четвертом типе ферромагнетиков (в отличие от случаев 1, 2, 3) порядок не обязательно связан с порядком. Часто эти ферромагнетики представляют собой в отношении аморфные системы с неупорядоченно распределенными по решетке ионами, обладающими моментами (т. н. спиновые стекла).

  Наконец, в 1-го типа электроны, принимающие участие в создании порядка, состоят из бывших 3d- и 4s-электронов изолированных В отличие от 4f"-cлоев редкоземельных ионов, имеющих очень малый радиус, более близкие к периферии 3d-электроны группы испытывают практически полную коллективизацию и совместно с 4s-электронами образуют общую систему электронов проводимости. Однако в отличие от нормальных (непереходных) металлов, эта система в d-металлах обладает гораздо большей плотностью энергетических уровней, что благоприятствует действию обменных сил и приводит к появлению намагниченного состояния в , Со, и в их многочисленных сплавах.

  Конкретные теоретические расчеты различных свойств ферромагнетиков проводятся как в квазиклассическом феноменологическом приближении, так и с помощью более строгих квантовомеханических моделей. В первом случае обменное взаимодействие, приводящее к Ф, учитывается введением эффективного молекулярного поля (Б. Л. Розинг, 1897; П. Вейс, 1907), энергия которого квадратично зависит от J:

= -NA (JslJs0)2

где число в образце, А – постоянная молекулярного поля (А > 0), Js0намагниченность насыщения при абсолютном нуле температуры. Уточнение этой трактовки Ф дала квантовая механика, раскрыв электрическую обменную природу постоянной А (Я. И. Френкель, В. Гейзенберг, 1928). В частности, при низких температурах (Т < Q) удалось провести более точный квантовый расчет (Ф Блох, 1930), показавший, что уменьшение самопроизвольной намагниченности Js0 ферромагнетика с ростом температуры можно в первом приближении описывать как возникновение элементарных возбуждений – квазичастиц, носящих название спиновых волн или ферромагнонов. Каждый ферромагнон дает уменьшение Js0 на величину момента одного узла решетки. Число ферромагнонов растет с нагреванием ферромагнетика пропорционально T3/2, поэтому температурная зависимость Js имеет вид:

Js = Js0(1 - aT3/2),

где коэффициент (имеет порядок 10-6К-3/2 и зависит от параметра обменного взаимодействия.

  В отсутствие внешнего поля (Н = 0) термодинамически устойчивому состоянию макроскопического ферромагнитного образца отвечает размагниченное состояние, ибо в противном случае на поверхности образца, как правило, возникают полюсы, создающие т. н. размагничивающее поле 0, с которым связана большая положительная энергия. В то же время обменное взаимодействие стремится создать порядок с J ¹ 0. В результате борьбы этих противоположных тенденций происходит разбиение ферромагнитного образца на доменыобласти однородной намагниченности. Теория Ф качественно определяет размеры и форму доменов, которые зависят от конкуренции различных взаимодействий в ферромагнетика (Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшиц, 1935). Равновесная структура доменов при J = 0 отвечает замкнутости потоков внутри образца. Между доменами существуют переходные слои конечной толщины, в которых Js непрерывно меняет свое направление. На образование этих слоев затрачивается положительная энергия, но она меньше энергии поля 0, которая возникла бы в отсутствие доменов. При некоторых критически малых размерах ферромагнитных образцов образование в них нескольких доменов может стать энергетически невыгодным, и тогда такие мелкие ферромагнитные частицы оказываются при Т < Q однородно намагниченными (т. н. однодоменные частицы).

  Кривые намагничивания и петли гистерезиса в ферромагнетиках определяются изменениями объема доменов с различными ориентациями Js в них за счет смещения границ доменов, а также вращения векторов Js доменов (см. Намагничивание). восприимчивость ферромагнетиков можно приближенно представить в виде суммы: c = cсмещ + cвращ. анализ кривых намагничивания J () показывает, что в слабых полях cсмещ > cвращ, а В сильных (после крутого подъема кривой) cвращ > cсмещ. Особый характер имеют процессы намагничивания и распределение намагниченности в магнитных тонких пленках. Из-за чувствительности доменной структуры и процессов намагничивания к строению общая количественная теория кривых намагничивания ферромагнетиков пока находится в незавершенном состоянии. Обычно для определения зависимости J (Н) пользуются качественными физическими представлениями, лишь в случае идеальных монокристаллов в области, где cвращ > cсмещ., возможен строгий количественный расчет (Н. С. Акулов, 1928).

  Теория кривых намагничивания и петель гистерезиса важна для разработки новых и улучшения существующих магнитных материалов.

  Связь Ф с многими немагнитными свойствами вещества позволяет по данным измерений свойств получить информацию о различных тонких специфических особенностях электронной структуры Поэтому Ф интенсивно исследуют на электронном и ядерном уровнях, применяя электронный ферромагнитный резонанс, ядерный магнитный резонанс, Мессбауэра эффект, рассеяние на ферромагнитных различного типа корпускулярных излучений (с учетом влияния моментов взаимодействующих частиц) и т.д. В 70-е гг. 20 в. возникли интересные контакты Ф с физикой элементарных частиц и астрофизикой. Здесь следует упомянуть об изучении в ферромагнетиках явлений аннигиляции позитронов, образования мюония и позитрония (см. Позитрон), рассеяния мюонов, а в астрофизике – о проблеме магнетизма нейтронных звезд (пульсаров).

 

  Лит.: Акулов Н. С., Ф, М. – Л., 1939; Бозорт Р., Ф, пер. с англ., М., 1956; Вонсовский С. В., Шур Я. С., Ф, М. – Л., 1948; Дорфман Я. Г., свойства и строение вещества, М., 1955; Туров Е. А., Физические свойства М., 1963; Теория ферромагнетизма металлов и сплавов. Сб., пер. с англ., М., 1963; Ахиезер А. И., Барьяхтар В. Г., Пелетминский С. В., Спиновые волны, М., 1967: Туров Е. А., Петров М. П., Ядерный резонанс в ферро- и антиферромагнетиках, М., 1969; Сверхтонкие взаимодействия в твердых телах, пер. с англ., М., 1970; Вонсовский С. В., Магнетизм. М., 1971; Becker R., Doring ., Ferromagnetismus, ., 1939; Kneller E., Ferromagnetismus, ., 1962; Magnetism, v. 1–4, . . – L., 1963–66; Amorphous magnetism, L. – . ., 1973; Goodenough J. ., Magnetism and the Chemical Bond, . . – L., 1963.

  С. В. Вонсовский.



Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 20.01.2022 23:45:36
23:39 Зеленский рассказал о прогулке с президентом Польши
23:35 Разлив нефти после извержения вулкана назвали катастрофой
23:32 Рогозин высмеял планы Украины построить собственный космодром
23:30 Врачи раскрыли способ вакцинации аллергиков
23:26 США разрешили Балтии поставить на Украину зенитные ракеты
23:21 Памела Андерсон подала на развод
23:13 Кремль оценил идею Эрдогана о встрече Путина и Зеленского
23:10 Российские воспитательницы «отбили» ребенка у похитителя
23:08 Блинкен раскрыл темы предстоящих переговоров с Лавровым
23:04 В России заявили о разочаровании Украины обещаниями Байдена
21:00 Раскрыта связь между трусами и возрастом женщины
20:06 Apple призвала срочно обновить iPhone
Больше новостей
СегодняБывший СССР «В местной элите идет борьба» Кто стоял за массовыми протестами в Казахстане и могут ли они захлестнуть всю Среднюю Азию
СегодняЭкономика Центробанк предложил запретить криптовалюты в России. Что будет с биткоинами россиян и причем тут ФСБ?
СегодняМир «Они заплатят за это» Джо Байден пообещал России катастрофу и невиданные санкции в случае военного вторжения на Украину
22:55 Белый дом прокомментировал возможность встречи Байдена и Путина
22:44 Украинский депутат оценил санкции США против себя
21:34 В Приднестровье заявили об отсутствии манипуляций с российским газом
СегодняЦенности «Я хотела преподать урок олигарху» Как разводятся богатейшие люди планеты?
СегодняРоссия «Это для нас с мужем стало ударом» Один из тысячи детей рождается с неизлечимой болезнью. Как им помочь в России?
21:25 Украина решила участвовать в сертификации «Северного потока-2»
21:06 Государственный департамент США опроверг гарантии о нерасширении НАТО на Восток
22:17 Несколько десятков мертвых кошек обнаружили на частном участке в Подмосковье
СегодняКультура Сначала было тело. В прокате — победившая на фестивале в Венеции драма про подпольный аборт. Почему ее стоит смотреть?
Сегодня69-я параллель Во льдах Арктики появится первая за много лет научная платформа. Как она изменит будущее российского Севера?
20:36 Мясников предостерег от посещения больниц во время пандемии
22:58 На Украине назвали дорогу к деэскалации и выходу из кризиса
22:49 Белый дом рассказал о рестрикциях против России
Сегодня69-я параллель «Еда закончится, и они захотят вас съесть» Почему белые медведи бегут с Аляски в Россию? Отвечает ученый
СегодняНаука и техника Вот это доставляет. Как технологии изменили жизнь людей всего за один год
22:33 Нурмагомедов вспомнил о «колоссальном давлении» перед дебютом в UFC
22:31 Россия дала Евросоюзу совет для возобновления диалога
22:26 Россия назвала НАТО инструментом прошлого века
19 января 2022Экономика Неуловимый Чжао. Как бывший работник «Макдоналдса» заработал миллиарды на криптовалюте и стал богатейшим человеком Азии
19 января 2022Россия Где в Москве встретить роботов. Как роботы развлекают взрослых и детей в общественных местах и помогают им
22:24 Новый пакет санкций США против России назвали отголоском гибридной войны
22:22 США обсудили помощь Украине с «Бухарестской девяткой»
22:14 Владелец дома на месте убийств секты Мэнсона захотел избавиться от жилья
СегодняНаука и техника Партнерский материалЧетвертый по алфавиту, но главный по значению. Все, что вам нужно знать о витамине D
19 января 2022Россия «Природа решила поставить нас на место» Чем опасен омикрон-штамм и чего ждать от него России — отвечает генетик
22:13 Россия и Китай заблокировали санкции против пяти лиц за связи с Северной Кореей
21:59 Европейская страна ввела обязательную вакцинацию от коронавируса
21:41 Акции «Обуви России» обвалились
19 января 2022Силовые структуры Щедрый гангстер. Как самый дерзкий и успешный грабитель Урала воровал миллионы и помогал сиротам
19 января 2022Спорт «Мне нравится быть секс-символом» Туктамышева — самая яркая фигуристка России. Почему она вновь пропускает Олимпиаду?
22:06 Пеле потребовалась химиотерапия
21:37 ООН назвала ожидания от предстоящей встречи Лаврова и Блинкена
21:56 Москву накроет двухдневный снегопад
19 января 2022Из жизни «Мороз — не самая большая проблема» История семьи из Индии, которая перебралась в Россию и полюбила ее, несмотря на холод
18 января 2022Россия «Ты просто не знаешь, на что они способны» Две медсестры сургутской больницы покончили с собой. Кто виноват в их смерти?
21:51 В России заявили о самостоятельной изоляции Евросоюза от диалога по безопасности
21:45 В НАТО пригрозили России «высокой ценой» при эскалации на Украине
21:35 Архивное фото полуголой москвички с младенцем заставило россиян поспорить
18 января 2022Бывший СССР «Это не страшно, это смешно» Зеленский решил устранить главного конкурента. Как дело Порошенко изменит политику Украины?
18 января 2022Наука и техника «Число танков, орудий, трупов — огромно» Как Красной армии удалось прорвать блокаду Ленинграда
21:25 Дочь Трампа пригласили к «добровольному» сотрудничеству со следствием
21:23 Украинская полиция опровергла сообщения о минировании офиса Зеленского
21:17 Центробанк в ближайшее время представит обновленную банкноту 100 рублей
18 января 2022Культура Биба и Боба. «Звездные войны» превратили в криминальный боевик. Что из этого получилось?
18 января 2022Россия «Боль такая, что невозможно вздохнуть» Свету спасет срочная операция. Ей нужна ваша помощь
21:13 На Украине захотели построить космодром
21:12 Главный тренер «Динамо» прокомментировал дубль Смолова
21:11 На Украине назвали санкции США политическим террором
17 января 2022Россия «У тебя это как будто на лбу написано» Истории россиян, которые живут с психическими расстройствами
17 января 2022Путешествия «На рынках покупают и рыбу, и женщин» Россиянин провел отпуск в Мексике. Чем его удивила латиноамериканская страна?
21:10 Тихановская выпустила заявление о референдуме в Белоруссии
21:06 Байден назвал российской угрозой «маленьких человечков в зеленой форме»
20:57 В Молдавии назвали способ выйти из газовых кризисов
СегодняЭкономика Партнерский материалСбер в помощь. Банк поможет клиентам работать в поле 115-ФЗ
20:52 Российский академик ответил на вопрос об окончании пандемии из-за омикрона
20:46 Первый полет российского самолета «Байкал» состоится в январе
20:34 Курс биткоина вырос после «репрессий» в России
20:31 Никас Сафронов рассказал о вызванных соседством с Бондарчуком неудобствах
20:28 В МВД рассказали о деле задержанного замминистра транспорта России Токарева
20:17 Два бездомных до смерти избили москвича в подъезде жилого дома
20:12 Пожизненно осужденный россиянин сознался в совершенной в 1998 году серии убийств
20:10 ВГТРК оштрафовали из-за БДСМ-сессии в эфире программы «60 минут»
20:05 Девушка потратила пять миллионов рублей ради внешности Барби
20:00 Мужчина на 67 лет отказался от мытья из-за страха быть убитым
19:56 Байден рассказал о последствиях эскалации конфликта на Украине
19:54 «Челси» попытался выкупить собственного футболиста из аренды и потерпел неудачу
19:53 Стало известно об искалечивших полсотни пациентов врачах в роддоме на Кавказе
19:48 Законодатели США назвали республики Донбасса террористическими организациями
19:46 Литва решила снести Дом Москвы
19:44 Врач назвал способы борьбы с опасным последствием коронавируса
19:43 Идрак Мирзализаде продал на аукционе аннулированный российский вид на жительство
19:40 Врач ознакомился с историей болезней Ленина
19:38 Toyota остановила работу на ключевом заводе
19:38 Эрдоган предложил организовать встречу Путина и Зеленского «с глазу на глаз»
19:36 У подмосковного полицейского нашли весы и наркотики
19:34 Украинский Bayraktar заметили над Черным морем
19:33 Для съемок фильма Тома Круза в космосе построят первую киностудию и спортзал
19:31 19-летняя летчица в одиночку облетела земной шар и установила мировой рекорд
19:23 Названы имена владельцев самых дорогих квартир в Москве
19:17 Брошенная женихом за два дня до свадьбы женщина вышла замуж за кинжал
19:13 ООН осудила отрицание холокоста
19:12 Российский фондовый рынок закрылся ростом
19:07 Иммунолог назвал наиболее защищенную от омикрона категорию россиян
19:06 Секс физрука и российской школьницы в машине заинтересовал следователей
19:01 Кофе связали с низким риском развития рака матки
19:01 Модель рассказала о пристрастиях основателя Playboy и оргиях в его особняке
18:59 Замглавы депздрава Ивановской области арестовали за мошенничество
18:57 Арендаторы украли ванну и поселили тараканов в квартире россиянки
18:57 В Киеве осудили политическое преследование Порошенко
18:56 В столичном СИЗО найден повешенным подследственный из Узбекистана