Ферромагнетизмнің толық зерттелуі

Қалдық магниттелудін болуы, тұрақты магниттер, яғни микроскопиялық токты ұстап түруда энергия шығындамай-ақ магнит моменттеріне ие болып, оларды қоршаған кеңістікте магнит өрістерін туғызатын денелер жасауға мүмкіндік береді. Тұрақты магниттер жасалған заттардын корцитивтік күші неғұрлым көп болса, олар соғұрлым қасиеттерін жақсы сақтайды. Ферромагнетикке айнымалы магнит өрісі әсер еткенде индукция —2—3—4—5—1 қисығына сәйкес өзгереді, оны гистерезис тұзағы деп атайды (осыған ұқсас тұзақ J—H диаграммасында да алынады). Егер H-тың максималь мәнінде (магниттелудің қанығуға жететін) гистерезистің максималь тұзағы деп аталатын құбылыс байқалады. Егер H-тың амплитудалық мәнінде қанығуға жетпесе, онда жеке цикл деп аталатын тұзақ шығады. Жеке циклдар шексіз көп болуы мүмкін, олардың барлығы да гистерезистің максималь тұзағының ішінде жатады. Гистерезис ферромагнетиктердіц магниттелуі H-тың бір мәнді функциясы бола алмайтындығын көрсетеді. Ол үлгінің бастағы тарихына (алдымен қай өрісте болгандығына) байланысты. Мысалы, H-і кернеулігінің өрісінде индукция В_р-тан B_v-ге дейінгі кез келген мәндерде болуы мүмкін. Ферромагнетиктер жайында барлық айтылғандардан олардың өздерінің қасиеттері жөнінен сегнетоэлектриктерге өте ұқсас екенін көреміз . Б-ның H-ға бір мәнді тәуелділігіне байланысты магнит өтімділігі жөніндегі ұғым негізгі магниттелу қисығына ғана қолданылады. Ферромагнетиктердің салыстырмалы магнит өтімділігі (демек, х магнит қабылдағыштығы да) өріс кернеулігінің функциясы болып табылады. H-тың шектеусіз өсуінде өтімділік бірге асимптоталы жақындайды.Егер корцитивтік күш H с үлкен болса, мұндай ферромагнетикті катқыл дейміз. Оған гистерезистің ксц тұзағы тән. Нс шамасы аз (оған гистерезистің жіңішке тұзагы сәйкес) ферромагнетиктерді жұмсақ дейміз. Қолдануына қарай ферромагнетиктер осы сипаттамаларымен алынады. Сонымен, тұракты магниттер үшін қатқыл ферромагнетиктер, ал трансформаторлардың өзегі үшін — жұмсақ ферромагнетиктер қолданылады. Төмендегі таблицада кейбір типтік ферромагнетиктердің сипаттамалары келтірілген. Ферромагнетиктер магниттелгенде деформацияланады. Бұл құбылыс магнитострикция деп аталады. Магнитострикация кезінде үлгінің сызықтық өлшемінің салыстырмалы өзгеруі аса үлкен емес, 10+5 а/м (- 103) шамасындагы өріс үшін ол Ю- 5—Ю- 6 үлесіндей. Эффектінің танбасы ферромагнетиктсрдің табиғатына, магнит өрісінің бағытына қатысты кристаллографиялық осьтің бағдарына, өрістің кернеулігіне байланысты. Кейбір ферромагнетиктерде әлсіз өрістен күшті өріске өткенде магнитострикияның таңбасы керісінше өзгереді.

Тарихы

Ферромагнетизм теориясын 1928 жылы Я. И. Френкел мен В. Вернер Гейзенберг жасаған. Магнниттік механикалық құбылыстарды зерттеу жөніндегі тәжірибелерден ферромагнетиктердің магниттік қасиеттері үшін электрондардың меншікті (спинді) магниттік моменттерінің қиын болатындығы шығады. Белгілі бір жағдайда кристалда электронның магниттік моменттерін бір-біріне параллель орналастыруға мәжбүр ететін күштің 1 туы мүмкін. Нәтижесінде спонтанды (өздігінен) магниттелу облысы пайда болады, оны домендер деп те атайды. әрбір доменнің шегінде ферромагнетик қанығуға дейін спонтанды магниттеледі де белгілі бір магнит моментіне ие болады. Бұл моменттердің әр домендер үшін бағыттары түрліше болады, яғни сыртқы өріс жоқ кезде барлық дененің қосынды моменті нольге тең. Домендердің өлшемдері Ю-4—10~3сл< шамасында. Домендерге магниттелу процесінің әр түрлі стадияда.Бұл қүштер ауыстырған күштер деп аталады. Оларды тек квант механикасында толығырақ түсіндіруге болады.
Бастапқы әлсіз өріс жағдайында домендер шекарасының ығысуы байқалады, нәтижесінде р_т мен Н векторларыныц арасындағы R бұрышы үлкен болатын домендердін есебінен моменттердің Н-пен аз бұрыш жасайтын домендердін ұлғаюы жүреді.

Өріс кернеулігінің әсері

Өріс кернеулігінің артуымен энергиясы мейлінше аз домендерді #-шы аз домендер жойып жібергенге дейін бұл процесс әрі қарай дами береді. Келесі стадияларда домендер магнит моменттерінің өріс бағытына бағыттас бұрылуы орындалады. Бұл жағдайда домен шегінде электрон моменттерінің бір-біріне қатаң параллельдігі сақтала отырып, бір мезгілде бұрылуы басталады. Бұл процестер (өте әлсіз өрістерде домендер шекаралары арасындағы аздаған ығысуды есептемегенде) қайтымсыз процестер болып табылады, бұған себеп гистерезис болады. Спонтанды магниттелу ыдырайтын әрі зат өзінің ферромагнетиктік қасиетін жоғалтатын аймақта әрбір ферромагнетик үшін белгілі бір Тс температурасы болады. Бұл температура Кюри нүктесі деп аталады. Темір үшін ол 768° С-қа, никель үшін 365° С-қа тең. Кюри нүктесінен жоғарғы температурада ферромагнетиктер қалыпты парамагнетикке айналады, мұндағы магниттік қабылдағыштық Кюри — Вейсса заңына бағынады: Ферромагнетикті Кюри нүктесінен төменгі температурада суытатын болсақ, онда қайтадан домендер пайда болады. Кюри нүктесінде екінші фазалык ауысуы жүреді. Тс-ға тең температурада бірқатар физикалық қасиеттердің өзгеріс-сипаттарының аномалиясы байқалады, атап айтқанда, жылу сыйымдылық, ферромагнетиктік. Кейбір жағдайларда ауыстырғыш күштер антиферромагнетиктер деп аталатындардың (хром, марганец т. б.) пайда болуына әкеп соғады. Антиферромагнетиктер жайында болжамдарды 1933 ж. Ландау ашқан. Антиферромагиетиктерде электрондардын меншікті магнит моменттері өздігінен бір-біріне антипараллель бағдарланады. Мұндай бағдар көрші атомдарды қос-қостан қамтиды. Осының салдарынан антиферромагиетиктерде өте аз магнит қабылдағыштары болады және олар ездерін өте әлсіз парамагнетиктер түрінде ұстайды. Аитиферромагнетиктердін де температурасы болады, бұл кезде спиндердің анти-нараллель бағдары жойылады. Бұл температура Кюридін антиферромагнетикті нүктесі немесе Неел нүктесі деп аталады. Кейбір антиферромагиетиктерде (мысалға әрбий, диспрози, марганец және мыс қоспалары) мұндай температура екеу (Неелдің жоғарғы және төменгі нүктелері), сонымен бірге антиферромагнетиктік қасиеттер тек осы температуралардың аралықтарында ғана байқалады. Жоғарғы нүктеден өрлеген сайын зат өздерін парамагнетиктер ретінде ұстайды ал Неелдің төменгі нүктесінен кеміген сайын олар ферромагнетиктер болады.