Ваш браузер устарел. Рекомендуем обновить его до последней версии.

 

 

 

 

 

 

 

 

Яндекс.Метрика

Рейтинг@Mail.ru

МАГНЕТИЗМ И ОСНОВЫ МЕССБАУЭРОВСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

Соболев А.В., Пресняков И.А.

 

1. Магнитные характеристики ультрамалых частиц

1.3. Петля гистерезиса. Коэрцитивное поле

Одним из важнейших является вопрос о зависимости намагниченности многодоменного ферромагнетика от величины и направления внешнего поля (Нвнеш). Ход изменения суммарной намагниченности типичного ферромагнетика изображен на рис. 7. Результирующая намагниченность (М) в нулевом внешнем поле сначала равна нулю. По мере роста Нвнеш намагниченность увеличивается сначала медленно, затем быстрее. Наконец рост намагниченности прекращается, и она достигает некоторой постоянной величины (Мнас), выше которой она уже не поднимается, несмотря на дальнейшее увеличения поля Нвнеш.

Рис.7. Кривая намагничивания образца, который впервые подвергается действию внешнего магнитного поля (Нвнеш). Нижний участок кривой соответствует обратимому смещению границ доменов; средний участок – необратимому смещению границ доменов; верхний участок – повороту векторов намагниченности доменов в направлении поля. (процессы намагничивания и размагничивания не являются обратимыми).

Рис.7. Кривая намагничивания образца, который впервые подвергается действию внешнего магнитного поля (Нвнеш). Нижний участок кривой соответствует обратимому смещению границ доменов; средний участок – необратимому смещению границ доменов; верхний участок – повороту векторов намагниченности доменов в направлении поля. (процессы намагничивания и размагничивания не являются обратимыми).


Теперь постараемся представить себе, что происходит в ферромагнетике в процессе намагничивания. При нулевом поле суммарному объему доменов, намагниченных в одном направлении, соответствует равный ему объем доменов, намагниченных в противоположном направлении, и поэтому результирующая намагниченность равна нулю. Это равновесие, однако, нарушается при наложении внешнего поля Нвнеш. Часть доменов с намагниченностью, антипараллельной полю, поскольку магнитная энергия антипараллельных доменов выше, чем параллельных. По мере роста поля все большую часть объема образца будут занимать домены с намагниченностью, параллельной полю, увеличивая тем самым суммарную намагниченность М. Наконец антипараллельных полю доменов не остается: магнитные моменты всех атомов располагаются в направлении поля Нвнеш. Данное состояние называется насыщением, а намагниченность – намагниченностью насыщения (Мнас).

При уменьшении величины поля Нвнеш от наибольшего значения ход изменения намагниченности М уже не будет описываться той же кривой (см. рис. 7). Когда поле Нвнеш уменьшится до нуля, намагниченность М все еще будет иметь конечную положительную (относительно направления Нвнеш) величину, которая называется остаточной намагниченностью. Для достижения нулевой намагниченности требуется приложить обратное размагничивающее поле, называемое коэрцитивной силой (Нкоэр). Когда поле Нвнеш достигает больших отрицательных значений, а затем опять возрастает до больших положительных значений, изменение намагниченности описывается кривой, называемой петлей гистерезиса. На рис. 8 показана петля гистерезиса для сплава Fe0.55Ni0.45 (пермаллой). При последующих изменениях поля от Нвнеш до –Нвнеш зависимость М = f(Hвнеш) описывается той же кривой.

Рис.8. Петля гистерезиса ферромагнитного материала (45-пермаллой).

Рис.8. Петля гистерезиса ферромагнитного материала (45-пермаллой).

 

 Характерной особенностью этой кривой является то, что она наглядно показывает отставание процесса размагничивания от уменьшающегося намагничивающего поля. Это отставание показывает, что энергия, приобретенная ферромагнетиком при намагничивании, не полностью отдается при размагничивании – часть энергии теряется. Величина магнитной энергии, потерянной в течение полного цикла, пропорциональна площади, охватываемой петлей гистерезиса. Предположим, что образец ферромагнетика намагничивается от состояния Нвнеш = 0 и М = 0. Магнитная энергия, накапливаемая образцом при увеличении поля от Нвнеш = 0 до Нвнеш = Н ’, будет определяться следующим выражением:

E = ∫0Н μ×Нвнеш (M)dM.    (9)

Когда Н’ достигает значений, соответствующих насыщению, полная накопленная энергия пропорциональна площади заштрихованного участка на рис. 9 а. Когда поле Нвнеш спадает к нулю, кривая, описывающая изменение намагниченности, идет, как показано на рис. 9 б, и потенциальная энергия, выделяющаяся при размагничивании, пропорциональна площади заштрихованного участка на этом графике. Энергия, сохраненная в образце в результате этого процесса, пропорциональна разности этих двух площадей, то есть площади заштрихованного сегмента на рис. 9 в. Чтобы показать, что потеря энергии при полном цикле пропорциональна площади петли гистерезиса, достаточно выполнить аналогичный расчет для остальных участков петли. Таким образом, кривая петля гистерезиса является весьма важной характеристикой магнитных материалов, поскольку она позволяет рассчитывать энергетические потери в устройствах, где эти материалы используются.

Рис.9. Заштрихованные области кривой намагничивания, отвечающие: (а) энергии намагничивания; (б) части энергии, которая возвращается при размагничивании образца; (в) результирующей потерянной энергии (см. текст).Рис.9. Заштрихованные области кривой намагничивания, отвечающие: (а) энергии намагничивания; (б) части энергии, которая возвращается при размагничивании образца; (в) результирующей потерянной энергии (см. текст).

 

2. Физические основы мессбауэровской спектроскопии

2.1. Мессбауэровская спектроскопия

 

Данная публикация подготовлена по материалам учебных пособий: 

Соболев А.В., Пресняков И.А. Магнетизм и основы мессбауэровской спектроскопии. Часть I. Природа эффекта Мессбауэра. Электрические сверхтонкие взаимодействия. Учебное пособие. — Отдел печати Химического факультета МГУ Москва, 2011. — С. 45.

Соболев А.В., Пресняков И.А. Магнетизм и основы мессбауэровской спектроскопии. Часть II. Магнитные характеристики ультрамалых частиц. Магнитные сверхтонкие взаимодействия. — Отдел печати Химического факультета МГУ Москва, 2014. — С. 43.

Политика cookie

Этот сайт использует файлы cookie для хранения данных на вашем компьютере.

Вы согласны?