МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ


МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ
МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ

       
возникновение в кристаллах намагниченности J при помещении их в электрич. поле E (J=aE). М. э. возможен только в магнитоупорядоченных кристаллах (антиферро-, ферри- и ферромагнетиках). На возможность существования М. э. указали впервые Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшиц (1957). И. Е. Дзялошинский (1959) на основании данных о магн. симметрии кристаллов предсказал, в каких из известных антиферромагнетиков должен наблюдаться М. э. Экспериментально эффект был открыт Д. Н. Астровым (1960) в антиферромагнитном кристалле Cr2O3. Величина М. э. мала. Макс. значение коэф. a для Cr2O3 составляет =2•10-6. Существует и обратный эффект — возникновение электрич. поляризации Р при помещении кристалла в магн. поле Н (Р=aН).

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ

- возникновение в диэлектрич. кристалле намагниченности т, индуцированной электрич. полем E, или поляризации р, индуцированной магп. полем H.M. э. - результат взаимодействия двух подсистем ионного кристалла: электрической, состоящей из заряж. ионов, и магнитной - совокупности нескомпенсиров. спиновых магн. моментов ионов. Полное феноменоло-гич. описание всех возможных магнитоэлектрич. взаимодействий может быть выполнено на основе термодп-намич. теории фазовых переходов2-го рода Ландау. M. э. чаще всего наблюдается в антиферромагн. кристаллах, для к-рых термодинамический потенциалF есть ф-ция проекции векторов: намагниченности т, антиферромагнетизма l и вектора p- изменения электрич. поляризации, вызванного внеш. полями E и H и (или) переходом в магнитоупорядоченное состояние. Для однодоменных кристаллов, т. е. таких, в к-рых векторы m, l и p. имеют одинаковую величину и одинаковое направление во всех элементарных ячейках кристалла, связанная с M. э. часть потенциала записывается в виде разложения по смешанным произведениям проекций этих векторов. Из числа всех возможных смешанных произведений вида 3004-18.jpg l2p2 и т. д. в F входят лишь те, к-рые инвариантны при всех преобразованиях группы симметрии парамагн. фазы конкретного кристалла. Условия устойчивости состояния:3004-19.jpg- позволяют найти равновесные значения т. и р, причём M. э. возможен, если т( Е) <> 0 и (или) р( Н) <> 0 (<> - неравное). Вид слагаемых в ф-циях т( Еp(H )зависит от того, с какими членами в разложении F они связаны, при этом те из слагаемых, к-рые содержат проекции l, появляются только для кристаллов, обладающих магнитной атомной структурой.

Наиб, известен т. н. линейный M. э., возникающий в результате взаимодействий типа lmp, к-рые приводят к линейной связи вида 3004-20.jpg где aij - компоненты тензора M. э., пропорциональны проекции вектора (здесь и далее суммирование осуществляется по повторяющимся индексам).

В однодоменном кристалле направление l задано и взаимная ориентация как т( ЕE, так и р(H) и H полностью определяется величинами 3004-21.jpg Изменение направления l на 180° соответствует др. магн. домену, в к-ром при неизменных относительно кристалла направлениях E. и H векторы т( Е р( Н )будут направлены в противоположную сторону. Это обстоятельство используется в эксперименте для получения однодо-менного состояния. Кристалл охлаждается ниже точки магн. перехода TN (см. Нееля точка )в присутствии пост, полей E и H, ориентированных так, чтобы вдоль направлений этих полей 3004-22.jpg В процессе перехода кристалла в магнитоупорядоченное состояние магнитоэлектрич. взаимодействия реализуют во всём объёме кристалла единственный магнитный домен, соответствующий минимуму термодинамнч. потенциала Ф.

Линейный M. э. обнаружен в 1960 (Д. H. Астров) в кристалле оксида хрома Cr2O3, элементарная ячейка к-рого показана на рис. 1, а. Для 3004-23.jpg 3004-24.jpg

3004-25.jpg , где индекс ^ обозначает величины в оазисной плоскости кристалла. При переходе к другому домену (рис. 1, б )изменяются знаки az и a^. однако указать, какому именно домену какой знак соответствует, невозможно.

В сегнетоэлектрич. борацитах - кристаллах с общей ф-лой 3004-26.jpg

Br, I) при 3004-27.jpg( Кюри точке )также наблюдается линейный M. э., к-рый, в отличие от M. э. в Cr2O3, описывается как диагональными, так и недиагональ-иыми компонентами тензора aij

Известно неск. десятков антиферромагнетиков, в к-рых возможен и наблюдается линейный M. э. с величиной a в пределах от 10-5 до 10-2 (TbPO4),

Нелинейные М. э. возникают в результате магнитоэлектрич. взаимодействий вида 3004-28.jpg к-рые приводят к квадратичным зависимостям соответственно по 3004-29.jpg


3004-30.jpg


Рис. 1. Элементарная магнитная ячейка антиферромагнетика Cr2O3; а и б- направления магнитных моментов s1, s2, s3 и s4 ионов в доменах с противоположно ориентированными векторами антиферромагнетизма l


Первый из них возможен во всех кристаллах без центра симметрии в парамагн. фазе при 3004-31.jpgи впервые наблюдался в 3004-32.jpgвторой вовможен только в магнитоупорядоченных кристаллах и наблюдался, напр., в веществах с общей ф-лой RFe5O12 и RFeO3 (R - редкоземельный ион) с 3004-33.jpg Наконец, взаимодействия вида pl2 в кристаллах со слабым ферромагнетизмом (напр., в Со-I-бораците) обусловливают как линейный, так и нелинейный M. э.

M. э. удобно наблюдать динамич. методом, прикладывая к кристаллу переменные поля 3004-34.jpgили 3004-35.jpgна частоте f и измеряя индуцированные ими намагниченность 3004-36.jpg или поляризацию 3004-37.jpg. Селективная техника обеспечивает достаточно высокую чувствительность даже при измерении слабых квадратичных M. э. в полях 3004-38.jpg с амплитудой много меньше той, к-рая может изменить доменную структуру. В динамич. методе линейному M. э. соответствует сигнал на той же частоте f, а квадратичному на частоте 3004-39.jpg При наблюдении квадратичных M. э. можно прикладывать к кристаллу одновременно как переменные 3004-40.jpgтак и пост, поля 3004-41.jpg Тогда 3004-42.jpg, т. е. зависимости 3004-43.jpg и 3004-44.jpgбудут линейными на той же частоте, что и частота 3004-45.jpg В этом случае M. э. можно рассматривать как линейный, индуцированный пост, полем Н0 или E00.

Проявления магнитоэлектрич. взаимодействий не ограничиваются M. э. Так, при наличии в F членов вида 3004-46.jpg и 3004-47.jpg парамагн. восприимчивость 3004-48.jpg3004-49.jpg и поляризуемость 3004-50.jpg оказываются зависящими линейно от полей 3004-51.jpg соответственно. Зависимость 3004-52.jpg наблюдалась экспериментально в кристалле 3004-53.jpg Член вида 3004-54.jpg обусловливает появление поляризации 3004-55.jpgпри переходе кристалла в магнитоупорядоченное состояние. Наконец, член вида 3004-56.jpgприводит к изломам на кривой температурной зависимости диэлектрич. проницаемости 3004-57.jpg при 3004-58.jpg в точке Кюри при 3004-59.jpg Магнйтоэлектрич. взаимодействия могут изменять поляризацию эл.-магн. волн при их отражении или пропускании кристаллами, обладающими M. э., вызывать параметрнч. возбуждение спиновых волн в сегнетомаг-нетиках под действием поля 3004-60.jpgвысокой частоты или поглощение переменного магн. поля на резонансных частотах электрич. дипольной структуры.

Термодинамич. теория, позволяющая найти вид потенциала F для кристалла с известной симметрией, не даёт никаких сведений ни о величинах констант, описывающих M. э., ни о природе микроскопич. сил, ответственных за его проявление. При изучении механизма M. э. приходится использовать модельные представления, а имеющаяся "микроскопическая" теория носит в основном качеств, характер. Так, описание зависимости 3004-61.jpg (рис. 2) удаётся получить на основе модели о сближении ионов 3004-62.jpg, принадлежащих одной магн. подрешётке, с ионами 3004-63.jpg и удалении от них ионов другой подрешётки под действием поля что приводит к изменению изотропного косвенного обменного взаимодействия в подрешётках.



3004-64.jpg



В результате намагниченности становятся разными и появляется намагниченность кристалла в целом. Эта же модель может быть применена и к др. кристаллам, обладающим M. э., большинство из к-рых содержит кислород.

При наложении на кристалл достаточно больших полей 3004-65.jpgв нём возможны скачкообразные изменения 3004-66.jpg связанные с переходом от одного домена к другому. Так, в Ni - I-борацито при увеличении магн. поля, направленного перпендикулярно вектору спонтанной намагниченности, в точке 3004-67.jpg происходит переброс этого вектора на 900 и вектора спонтанной поляризации на 180° (рис. 3). Внеш. электрич. поле может в свою очередь изменить направление pна 180° с одноврем. перебросом m на 90°. В Cr2O3 резкое изменение знака M. э., связанное с переходом от одного домена к другому (переключение доменов), наблюдается при одноврем. наложении достаточно сильных полей Ez и Hz.

Рис. 3. Изменение ориентации векторов спонтанной намагниченности т и поляризации r вNi - I-бораците при достижении внешним магнитным полем критического значения Н с.

3004-68.jpg

Синтез монокристаллич. веществ, как правило, очень труден, что препятствует всестороннему изучению M. э., однако его простая регистрация возможна в порошках и поликристаллах, где величина 3004-69.jpgдостигает 3004-70.jpg от её значения для монокристалла. Охлаждение поликристаллич. образцов ниже 3004-71.jpgв полях 3004-72.jpg создаёт избыток доменов одного типа и, следовательно, макроскопич. намагниченность таких образцов.

Все возможные классы магнитной симметрии, допускающие M. э., известны. Экспериментально изученные вещества относятся только к части этих классов, и лишь для неск. веществ получено полное согласие между результатами измерений и предсказаниями теории. Прямое определение магн. симметрии методами нейтронографии часто затруднено. Исследование M. э., конкретные проявления к-рого зависят от магн. симметрии, и ряде случаев позволяет дополнить ней-тронографич. данные или даже определить магн. атомную структуру независимо, а также получить сведения об её изменении, напр, при ориентаиионном фазовом переходе антиферромагнетика в сильном магн. поле (спин-флоп переход).

Практич. применения M. э. (магн. память, фазовращатели, затворы, невзаимные и переключающие элементы в оптике и т. д.) возможны, однако ни одно из подобных устройств не было реализовано в связи с отсутствием монокристаллич. материалов высокого качества. Лит.:O'D ell T. H., The electrodynamics of magnetoelcct-ric media, Amst.- L., 1970; Magnetoelectric interaction phenomena in crystals, ed. by A. J. Freeman, H. Schmid, L.- [a.o.], 1975; Смоленский G. А., Чупис И. E., Сегнетомагнетики, "УФН", 1982, т. 137, в. 3, с. 415; Веневцев Ю. H., Гагулин В. В., Любимов В. H., Сегнетомагнетики, M., 1982.

Д. H. Астров, Л. H. Батуров.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ" в других словарях:

  • магнитоэлектрический эффект — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN magnetoelectric effectmagnetoelectricity …   Справочник технического переводчика

  • Самарий — 62 Прометий ← Самарий → Европий …   Википедия

  • Sm — Самарий / Samarium (Sm) Атомный номер 62 Внешний вид простого вещества редкоземельный металл серебристого цвета Свойства атома Атомная масса (молярная масса) 150,36 а. е. м. (г/моль) Радиус атома …   Википедия

  • Важнейшие открытия в физике — История технологий По периодам и регионам: Неолитическая революция Древние технологии Египта Наука и технологии древней Индии Наука и технологии древнего Китая Технологии Древней Греции Технологии Древнего Рима Технологии исламского мира… …   Википедия

  • Государственный реестр открытий СССР — Государственный реестр открытий СССР  систематизированный свод документированной информации о научных открытиях, зарегистрированных в СССР с 1957 по 1991. Содержание 1 История регистрации и охраны научных открытий …   Википедия

  • Мультиферроики — Мультиферроиками (или сегнетомагнетиками в советской литературе) называют материалы, в которых сосуществуют одновременно два и более типов «ферро» упорядочения: ферромагнитное (англ. ferromagnetic), сегнетоэлектрическое (англ. ferroelectric) и… …   Википедия

  • Дзялошинский, Игорь Ехиельевич — Игорь Ехиельевич Дзялошинский Дата рождения: 1 февраля 1931(1931 02 01) (81 год) Место рождения: Москва, РСФСР, СССР Научная сфера: физика Альма матер …   Википедия

  • Эрстед, Ганс Христиан — Ханс Христиан Эрстед Hans Christian Ørsted Дата рождения: 14 августа 1777(1777 08 14 …   Википедия

  • Эрстед, Ханс Кристиан — Вставьте сюда текст, который не нужно форматировать Стиль этой статьи неэнциклопедичен или нарушает нормы русского языка. Статью следует исправить согласно стилистическим правилам Википедии …   Википедия

  • Эрстед, Ганс — Ханс Кристиан Эрстед Ханс Кристиан Эрстед (датск. Hans Christian Ørsted, 1777 1851)  датский учёный, физик, исследователь электромагнетизма. Содержание 1 Ранние годы …   Википедия

Книги



Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.