Mágneses anizotrópia - Fizika
1.10 Mágneses anizotrópia
Az egy ferromágneses kristályt tartalmaz kölcsönhatásokat, ami orientálja a mágnesezési vektor mentén meghatározott krisztallográfiai irányokban, az úgynevezett tengelyei könnyű mágnesezettség.
Az energia ezekhez kölcsönhatások, az úgynevezett energia a mágneses anizotrópia vagy mágneses anizotrópia energia.
Ennek egyik oka a mágneses anizotrópia áramkör 19. ábrán bemutatott mágnesezettsége kristály „érzi” a kristályrács átfedés miatt az elektron kering: centrifugálás pillanatok kölcsönhatásba orbitális jelenléte miatt a spin-pálya csatolás, és az orbitális pillanatok viszont, kölcsönhatásba lépnek a kristályrács miatt meglévő ott és az elektrosztatikus mezők átfedésben a hullám funkciók a szomszédos atomok a rács [8, p. 581-582].
Minden jelenleg ismert ferromágneseket - kristályos szilárd anyagok. A kristályok nagyon kicsi. De ha a polírozott felület a sav maratott és vizsgálják mikroszkóp alatt, azt látjuk, a különböző méretű és formájú gabona. Gondos tanulmány azt mutatja, hogy az egyes szemcsék kristályok szabálytalan felülete határokat.
Helytelenségnek határait annak a ténynek köszönhető, hogy a kristályosodás során az anyag egyszerre kezd növekedni számos kristályok és azok zavarják egymást, hogy a helyes határ alakját.
Kristályok határoló felülete, amely nem megfelelő jellemző kristályformák nevezett krisztallitok. A kristályos szilárd anyagok, az atomok vannak elrendezve szigorú sorrendben, és képeznek egy úgynevezett rács. Kristályrács sokféle lehet (példák a 20. ábrán).
20. ábra - Az egység sejtjei kristályrétegeiben: a) hexagonális; b) tércentrált; c) lapcentrált.
Az aszimmetria az átfedés az elektron pályák a szomszédos ionok, mint az egyik oka krisztallográfiai mágneses anizotrópia. Köszönhetően a spin-pálya kölcsönhatás között az elektron töltése eloszlása - nem gömb alakú. Asymmetry kapcsolódik a spin irányát, mivel a változás centrifugálás irányba képest a kristály tengelyek változások cserélnek energia és elektrosztatikus kölcsönhatás energiája atom pár töltés eloszlást. Éppen ezek a hatások következtében, hogy a megjelenése az anizotrópia energia. energetikai rendszerek és más, mint a felhasznált energia rendszer.
A kristályok, amelyekre jellemző anizotrópia a fizikai tulajdonságok. Ez azt jelenti, hogy a kristályok különböző irányokba különböző tulajdonságokkal rendelkeznek. A testek nem kristályos (amorf) minden fizikai tulajdonságai különböző irányban pontosan ugyanaz.
Mivel minden ferromágneseket - kristályos test, és az utóbbi jellemző által anizotrópia különböző fizikai tulajdonságok, felmerül a kérdés: vajon a mágneses tulajdonságait ferromágneses izotrop vagy anizotrop, azaz, hogy van-e anizotrópia mágneses tulajdonságok, és ha igen, melyek ezek?
1) Természetesen először megtudja, ez függ a nagysága a spontán mágnesezettség az iránya a kristályban. Azt már tudjuk, hogy a spontán mágnesezettség a telítettség mágnesezettség. Tehát mérésével kristály telítettség mágnesezettség különböző irányokba, akkor megkapja az értékét a spontán mágnesezettség ezeken a területeken.
Kiderült, hogy a spontán mágnesezettség minden irányban a kristály pontosan ugyanaz. Ez igaz minden ferromágneses kristályok formájában. Minden ferromágneses kristályok, amelyekre jellemző izotrópiájára spontán mágnesezettség.
2) lehetőség van, hogy vizsgálja meg a függőség a Curie-pontja a mágnesezettség iránya a kristály, azaz állítsa át ugyanezen a hőmérsékleten ferromágneses tulajdonságokkal eltűnnek, hogy az összes kristály irányban.
Kiderült, hogy a Curie pont egy ferromagnet minden irányból a kristály pontosan ugyanaz. Ferromágneses tulajdonságú elvesznek egy ferromágneses anyag minden irányban ugyanazon a hőmérsékleten. Izotrópia Curie magyarázható izotrop spontán mágnesezettség.
Ha lőni a mágnesezettség görbék különböző irányban a ferromágneses kristályok (például vas), az alábbi hatással. A mágnesezettség a vas egykristály irányába -cube borda drámaian megnövekszik már alacsony mezőket és gyorsan eléri a telítettség (21. ábra).
széle mentén a kocka (irányába [100])
az átló mentén az arc (irányába [110])
mentén testátló (irányába [111]).
21. ábra - A mágnesezési görbék egykristály vas különböző krisztallográfiai irányokban
Amikor a mágnesezettség az átló mentén arcok mágnesezési görbe kezdetben meredeken emelkedik, mint amikor mágnesezett az irányt a kocka éleit, majd amikor eléri a mintegy 0,7-szerese a nagysága telítettség mágnesezettség növekedés lelassul, és törje mágnesezés görbét. A további növekedés terén mágnesezettség megnő. A telítési mágnesezettség figyelhető meg igen erős mezőket, és értéke eléri a telítettségi, ami mágnesezettség széle mentén a kocka (lásd. 21. ábra, 2. görbe). Ugyanez a szám azt mutatja, hogy ha a mágnesezés mentén testátló gyors mágnesezés növekedése megáll, amikor az eléri a 0,58 telítési. A mágnesezési görbe ezen a ponton megy keresztül egy kis szünetet, majd egy lassú növekedés az mágnesezettség területen növekszik telítődésig (3-as görbe, 21. ábra).
Így, a mágnesezettség a vas egykristály különböző irányban fordulnak elő különböző módon, azaz a ferromágneses kristályok léteznek mágneses anizotrópia.
Mágneses anizotrópia a legkényelmesebb jellemzik munkáját mágnesezés. Valójában, amikor a mágnesezettség a ferromagnet fogyaszt bizonyos mennyiségű teljesítmény numerikusan határozzuk meg által határolt területen tengelye mágnesezettség, a mágnesezettség görbe és a folytatása a megfelelő sorban a telítettség, a kereszteződés a tengelye mágnesezettség (22. ábra).
22. ábra: Az árnyékolt terület számszerűen egyenlő a mágnesezettség.
Ábrán 21 Ebből következik, hogy a munka a mágnesezési irányok mentén a kocka élei a vas legkisebb átló mentén térbeli - az általános, és amikor a mágnesezés az átló mentén az arc van egy bizonyos átlagértéket.
Ezért az irányt széle mentén a kocka a mirigy az úgynevezett iránya könnyen mágnesezettség és az irányt egybeesik az irányt a testátló, irány kemény mágnesezés.
Tanulmányok végzett egykristály nikkel, ad az ellenkező képet. Itt, a legmagasabb fordított munkamennyiség felmágnesezése széle mentén a kocka, amely az irányt a nehéz mágnesezési (23. ábra, 1. görbe). Irány az az irány könnyen mágnesezettség testátló (23. ábra, 3-as görbe). A 2. ábrán, a 2. görbe felel mágnesezhető nikkel egykristály az átlós arcok.
1 mentén kocka élek;
2 az átló mentén az arc;
3. mentén testátló.
23. ábra - görbék namagnichevaniya nikkel egykristály mentén különböző krisztallográfiai irányokban
Monocrystal kobalt csak egy egyszerű tengelye mágnesezettség egybeesik a tengelye irányában a hexagonális (24. ábra). A 25. ábra a mágnesezési görbék kobalt hexagonális egykristály az irányba tengely (1) és erre merőleges (2). Így a vas három tengelye (6 irány axiálisan és ellen) a könnyű mágnesezési tengelye és négy (nyolc irányban) a kemény mágnesezettség; nikkel - 4 tengely (8 irányban) a könnyű mágnesezés, a 3. tengely (6 irány) kemény mágnesezettség; a kobalt - 1 tengely (irány 2) könnyű mágnesezési, és végtelen számú irányból kemény mágnesezettség merőleges a hexagonális tengelyre.
24. ábra: Az irány könnyen mágnesezettségének kobalt az egykristály egybeesik a hatszögű tengely.
25. ábra - A mágnesezési görbék egykristály kobalt: 1- hatszögletű tengelye mentén; 2 - merőleges a hexagonális tengelyek (a bazális síkban).
A törvény szerint az energiamegmaradás, a munka költött a mágnesezettség a ferromágneses anyag, nem tűnik el, az átalakul potenciális energiája a mágnesezett testet.
Minden szervezet, magára hagyott igyekszik elfoglalni a helyzetben megfelel a minimális potenciális energia. Ennek megfelelően alapvetően egy vasrudat a mágneses mező jön létre tengelye mentén a területen, mivel a mágnesezettség tengelye mentén a rúd kevesebb energiát igényel, mint a keresztirányú mágnesezettség a rúd.
Vágja ki a labdát a egykristály vas vagy nikkel, és tedd a mágneses mező, amely lehetővé teszi számára, hogy navigálni bármilyen módon a térben. Az utóbbi végezhetjük, például útján Kardántengely szuszpenziót (26. ábra).
26. ábra - Ball Kardántengely szuszpenzióban.
Mivel a munka mágnesezés különböző irányban a kristály különbözik, akkor a labda fog viselkedni a mágneses térben, mint egy mágneses tű, amelyben a tér irányában az egyik tengely könnyű mágnesezés. A 27. ábra egy labdát nikkel egykristály amelyen pontok jelzik az kimenetei a tengelyek könnyen mágnesezettség. Ez a négy tengely.
27. ábra - A labda a nikkel egykristály. A pontok fel vannak tüntetve a felszínen a kimenetek tengelyeinek könnyű mágnesezés.
Térjünk most képzeljük el, hogy mi orientált egy kristálygömb vas az irányt a kocka képest a területen. Crystal mágnesezett, és mivel a mágnesezettség az irányt a könnyű tengely mágnesezés munka minimális lesz.
Ha most forog a kristály mágneses mezőben, a mágnesezettség többé nem esik egybe az irányt a könnyű mágnesezés a kristály, és a munka a mágnesezés növekedni fog. Képzeljük el, hogy a kristály van tájolva, hogy a vektor a mágneses mező fekszik a kristályrács síkjában a kocka. Aztán, a változás az elfordulási szög a kristály képest a terepmunka lesz időszakosan vonz a növekedés, majd csökken.
Hagyja, hogy a munka a mágnesezettség az irányt a kocka éle egyenlő U0. Mi képviseli ez az érték formájában a hossza számszerűen egyenlő U0. Amikor a kristály elforgatjuk egy bizonyos szögben a teljesítmény értéke változás. Legyen ez egyenlő lesz Ua. Elhalasztani szögben egy, hogy a szegmens ábrázoló U0, egy szegmens egyenlő Ua. Ha meghatározzuk a értékei Ua különböző szögek és a késleltetés alatt ezen szög szegmensek, egyenlő értékeket a fordított energia során mágnesezettsége a labdát a megfelelő szögben, energia nyerésére grafikon mágnesezési különböző irányban síkjában a kocka, vagy mint az említett energia diagramja a síkban ( 28. ábra). Mint már említettük, a különböző jelentéseit a munka a mágnesezettség különböző irányban a kristály, és jellemzi a mágneses anizotrópia. Számszerűen, a mágneses anizotrópia négyszerese a különbség a munka a mágnesezési iránya és a szélén a kocka arc átlós irányban (28. ábra).
28. ábra - Az energia diagram síkjában a vas egykristály arcát a kocka.
Ez a mennyiség egységnyi térfogatú ferromágneses anyag egy fontos jellemzője, és az úgynevezett mágneses anizotrópia állandó.
29. ábra - Az energia diagramja egykristály vas átlós síkban.
A 29. ábra az energia diagramja átlós síkjában köbös rács. Amint az ábrából látható, a „púp” megfelel az irányt a nehéz mágnesezési, és a legmélyebb lyukak megfelelnek az irányok könnyű mágnesezettség.
A tanulmány az anizotrópia energia kristályok engedélyezve NS Akulov kiszámítja a mágnesezettség görbék egykristályainak különböző irányokba. A számított görbék jó egyezést mutatnak a kísérletben.
A kristályok köbös rendszerű, az energia kapcsolódó anizotrópia:
U = U0 + K (s12s22 + s22s32 + s12s32) (25)
ahol U0 - energia szélei felé a kocka egy kristály, amelynek megnevezése [100] (30. ábra);
s1, s2, s3 - koszinuszok a szögek közötti irányok X, Y, Z és a vektor, a spontán mágnesezettség Js (31. ábra). Szobahőmérsékleten, a mágneses anizotrópia állandó K vas + 4,28 × 105 joule / cm3, és a nikkel - 5,12 x 104 erg / cm3.
30. ábra - A fő krisztallográfiai irányban egy köbös kristály.
31. ábra: S = cos; S = cos; S = cos;
Mágneses anizotrópia állandó változik a hőmérséklettel. A 32. ábrán olyan grafikonokat a mágneses anizotrópia konstansok vas és a nikkel a hőmérséklet. Figyelemre méltó az az éles függését az anizotrópia állandó hőmérsékletű nikkel. Még egy szobahőmérsékleten régió értéke megváltozik a felére.
32. ábra - hőmérsékletfüggése a mágneses anizotrópia konstansok 1- vasat; 2- nikkel;
Az anizotrópia energia hexagonális kobalt típusú kristályok képlete:
U = U0 + K1 sin2a + K2 sin4a (26)
ahol a K1 és K2 - az első és második anizotrópia állandó;
egy - közötti szög hexagonális tengely és az irányt a spontán mágnesezettség vektor (33. ábra) [7, pp .. 65-74]
Információk a munka „Study tartomány megfigyelési technikák vékony ferromágneses filmek”
Kategória: Fizika
Karakterek száma szóközökkel: 110622
Asztalok száma: 4
A képek száma 60