МАГНИТНАЯ АНИЗОТРОПИЯ


МАГНИТНАЯ АНИЗОТРОПИЯ
МАГНИТНАЯ АНИЗОТРОПИЯ

- зависимость магн. свойств (в узком смысле - намагниченности )от выделенного направления в образце (магнетике). Существуют разл. виды М. а. Зависимость намагниченности от её направления относительно кристаллографич. осей в кристаллах наз. естественной кристаллографической М. а. Кроме того, М. а. может возникать вследствие магнитоупругих деформаций, при наличии внеш. или внутр. напряжений (наведённая М. а.), а также из-за анизотропии формы образца. М. а. существенно влияет на процессы намагничивания п перемагничивания, на магнитную доменную структуру п др. свойства магнетиков.

Энергию кристаллографич. М. а. однородно намагниченного ферромагнетика можно записать в виде

2562-2.jpg

где 2562-3.jpg - направляющие косинусы вектора спонтанной намагниченности M, а р, q, r - целые числа. Коэф. К par( р+q+r=2n) наз. константой М. а. порядка п. В теории М. а. часто используется вместо (1) разложение по сферич. гармоникам. Конкретный вид выражения (1) и число линейно независимых коэф. Kpqr при данном п полностью определяются симметрией кристалла. Константы М. а. являются ф-циями внеш. параметров: темп-ры Т, давления Р и т. д.

Из (1) следует, что 2562-4.jpgимеет минимумы и максимумы при определённых значениях 2562-5.jpg . Соответствующие направления наз. осями лёгкого намагничивания (ОЛН) и трудного намагничивания. В отсутствие внеш. магн. поля Н вектор спонтанной намагниченности М (внутри домена )направлен по ОЛН. В поле Н он поворачивается, приближаясь к направлению поля с возрастанием его величины. Критич. значения Н=Н A, при к-рых М устанавливается по H при намагничивании в трудных направлениях, наз. полями анизотропии. Значения Н А связаны с константами М. а. Так, для кристалла кубич. сингонии при намагничивании вдоль оси [110], а также для кристаллов гексагональной сингонии HA = 2K/M. Типичные кривые намагничивания монокристалла Fe с объёмноцентрированной кубич. решёткой приведены на рис. 1.

2562-6.jpg


Константы М. а. могут быть определены из эксперим. данных: 1) по площади кривых намагничивания 2562-7.jpg для разных кристаллографич. направлений; 2) по измерению крутящих моментов в анизометре магнитном;3) по закону приближения магнетика к состоянию магн. насыщения (в поликристаллах); 4) по частоте ферромагнитного резонанса. В нек-рых случаях (редкоземельные металлы) можно использовать связь констант М. а. с анизотропией парамагн. восприимчивости. Значения К п определены для большинства магн. материалов в широком интервале темп-р. На рис. 2 приведены К 1 К 2 )для Fe [в отличие от определения (1) нумерация констант М. а. здесь дана в порядке их следования, без учёта констант, обращающихся в нуль из условий симметрии]. М. а. в ферри-магнетиках, антиферромагнетиках и слабых ферромагнетиках (см. Ферримагнетизм, Слабый ферромагнетизм )имеет обычно более сложный характер, чем в ферромагнетиках.

Теоретич. исследования М. а. направлены на установление осн. микроскопии, механизмов возникновения анизотропии и определение значений и температурной зависимости коэф. К п. С точки зрения природы М. а. все магнетики делятся на два типа: спиновые и орбитальные. К первым относятся магнетики на основе d -переходных элементов (группы Fe), ко вторым - редкоземельные 4f -магнетики. Среди магнетиков группы урана имеются представители обоих типов. В спиновых d -магнетиках орбитальные моменты L электронов почти заморожены (см. "Замораживание" орбитальных моментов), так что квантовомеханич. ср. значения 2562-8.jpg и магн. момент атомов (ионов) определяется величиной их спина. Спины S сами по себе "не чувствуют" анизотропии кристалла. М. а. возникает за счёт частичного размораживания моментов L cnuн-oрбumaлъным взаимодействием (СОВ) с энергией 2562-9.jpg (2562-10.jpg - постоянная СОВ). При этом малый размороженный момент l ориентируется вдоль ОЛН, ориентируя, в свою очередь, суммарный спиновый момент за счёт СОВ. Энергия М. а. для этого случая (одноосная анизотропия)2562-11.jpg2562-12.jpg, где 2562-13.jpg- разность энергий электронов в состояниях, для к-рых матричный элемент L отличен от нуля. Т. о., М. а. представляет собой результат совместного действия анизотропного внутрикристаллического поля и спин-орбитального взаимодействия.

Ф. Блох и Г. Джентиль (F. Bloch, G. Gentile, 1931), а затем Дж. Ван Флек (J. Van Vleck, 1937) рассмотрели М. а. в модели локализованных спинов. Н. С. Акулов (1936) для кубич. кристаллов и К. Зинер (С. Zener, 1954) в. более общем случае путём усреднения зависимости энергии М. а. от отклонений магн. момента в поле кристалла получили температурную зависимость К п (при разложении по сферич. гармоникам):

2562-14.jpg

где М - спонтанная намагниченность. Ф-ла (2) была получена затем во мн. работах (в т. ч. в рамках теории спиновых волн), однако её согласие с экспериментом в ряде случаев неудовлетворительно. Так, напр., в металлах часто наблюдаются даже изменения знака К п (Т). Имеются разл. попытки улучшения теории (в частности, путём учёта теплового расширения магнетика), но осн. причина плохого согласия теории и эксперимента связана, по-видимому, с неприменимостью модели локализованных спинов к зонным маг-нетикам (см. Зонный магнетизм).

В d -металлах величина 2562-15.jpg ( т, т' - номера вырожденных подзон, k - квазиимпульс электрона). Оценки 2562-16.jpg и 2562-17.jpgне очень точны. При 2562-19.jpg эрг, 2562-20.jpg эрг значение 2562-21.jpg эрг. Т. о., 2562-22.jpgэрг, где 2562-23.jpg - энергия размороженного момента l во внутрикристаллич. поле. Намагничивание в этом случае обусловлено отклонением S от ОЛН в меру отношения 2562-24.jpg. При этом l практически не отклоняется из-за большой величины 2562-25.jpg. При 2562-26.jpgЭ спиновая намагниченность насыщается. Расчёты ф-ции 2562-27.jpg для d -металлов (Е. И. Кондорский, 1971) показали сильную зависимость М. а. от деталей зонной структуры магнетика.

2562-18.jpg


В орбитальных 4/-магнетиках М. а. определяется энергией полных атомных моментов J=L+S во внутрикристаллич. поле. Энергия СОВ в этом случае велика. 2562-28.jpg (в противоположность d -магнетикам), в силу чего при намагничивании вектор J вращается как единое целое, а константы М. а. определяются энергией моментов J во внутрикристаллич. поле. Так, для одноосных кристаллов

2562-29.jpg

где 2562-30.jpg- коэф. Стивенса, rf - радиус f -оболочки, 2562-31.jpg - эффективный заряд ина, с и а - параметры решётки. Ф-ла (3) соответствует одноионной анизотропии и удовлетворительно согласуется с экспериментом как по порядку величины (K1~108 эрг/см 3), так и по зависимости (через 2562-32.jpg) от номера элемента в ряду редкоземельных металлов ( К1 меняет знак между Но и Er, Nd и Рт, как это и наблюдается на опыте).

Помимо одноионного вклада (3) в энергию М. а. существуют также т. н. двухионные вклады, обусловленные анизотропным обменным взаимодействием магн. ионов и их диполь-дипольным взаимодействием. Определение величины этих вкладов возможно по концентрац. зависимости К п в сплавах. Существующие эксперим. данные указывают на преимущественно одноионный характер М. а. в 4f -магнетиках.

Большая величина М. а. в редкоземельных элементах имеет решающее значение для создания рекордно жёстких магн. материалов (типа SmCo5), имеющих широкое техн. применение.

Высокие значения констант М. а. наблюдаются также в нек-рых соединениях актинидов, напр. в US 2562-33.jpg эрг/см 3 (см. Актинидные мaгнетики).

Лит.: Туров Е. А., Физические свойства магнитоупорядоченных кристаллов, М., 1963; Бердышев А. А., Введение в квантовую теорию ферромагнетизма, ч. 3, Свердловск, 1970; Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1971; Лесник А. Г., Наведённая магнитная анизотропия, К., 1970; Кондорский Е. И., Зонная теория магнетизма, ч. 1-2, М., 1976-77. Ю. П. Ирхин.

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


.

Смотреть что такое "МАГНИТНАЯ АНИЗОТРОПИЯ" в других словарях:

  • МАГНИТНАЯ АНИЗОТРОПИЯ — зависимость магнитных свойств тел (напр., намагниченности) от выделенного в образце (магнетике) направления. Зависимость намагниченности от ее направления относительно кристаллографических осей в кристалле называется естественной… …   Большой Энциклопедический словарь

  • МАГНИТНАЯ АНИЗОТРОПИЯ — неодинаковость магн. св в тел по разл. направлениям. Причина М. а. заключается в анизотропном характере магн. вз ствия между атомами носителями магнитного момента в в вах. В изотропных газах, жидкостях, аморфных телах (напр., металлич. стёклах) и …   Физическая энциклопедия

  • магнитная анизотропия — Неодинаковость магнитных свойств в магнитном материале в различных направлениях. [ГОСТ 19693 74] Тематики материалы магнитные EN magnetic anisotropy DE magnetische Anisotropie FR anisotropie magnétique …   Справочник технического переводчика

  • магнитная анизотропия — зависимость магнитных свойств тел (например, намагниченности) от выделенного в образце (магнетике) направления. Зависимость намагниченности от её направления относительно кристаллографических осей в кристалле называется естественной… …   Энциклопедический словарь

  • Магнитная анизотропия —         неодинаковость магнитных свойств тел по различным направлениям. Причина М. а. заключается в анизотропном характере магнитного взаимодействия между атомными носителями магнитного момента в веществах. В изотропных газах, жидкостях,… …   Большая советская энциклопедия

  • Магнитная анизотропия — Магнитная анизотропия  зависимость магнитных свойств ферромагнетика от направления намагниченности по отношению к структурным осям образующего его кристалла. Её причиной являются слабые релятивистские взаимоде …   Википедия

  • магнитная анизотропия — magnetinė anizotropija statusas T sritis chemija apibrėžtis Medžiagos magnetinių savybių nevienodumas skirtingomis kryptimis. atitikmenys: angl. magnetic anisotropy rus. магнитная анизотропия …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

  • магнитная анизотропия — magnetinė anizotropija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. magnetic anisotropy vok. magnetische Anisotropie, f rus. магнитная анизотропия, f pranc. anisotropie magnétique, f …   Fizikos terminų žodynas

  • МАГНИТНАЯ АНИЗОТРОПИЯ — – зависимость магнитных свойств вещества от направления. Количественно анизотропия оценивается как отношение максимального значения измеряемой характеристики к минимальному. Обычно измеряется анизотропия магнитной восприимчивости, реже –… …   Палеомагнитология, петромагнитология и геология. Словарь-справочник.

  • МАГНИТНАЯ АНИЗОТРОПИЯ — зависимость магн. свойств тел (напр., намагниченности) от выделенного в образце (магнетике) направления. Зависимость намагниченности от её направления относительно кристаллографич. осей в кристалле наз. естественной кристаллографич. М. а. Кроме… …   Естествознание. Энциклопедический словарь

Книги