Основные понятия теории ферромагнетизма

Все вещества по магнитным свойствам можно разделить на три группы: ферромагнетики, диамагнетики и парамагнетики. Последние две‑это немагнитные вещества.

В отличие от других веществ, ферромагнитные вещества обладают магнитным моментом в отсутствие внешнего магнитного поля. Откуда берется этот магнитный момент?

Известно, что полный, илисобственный,магнит-ный момент атома создает-ся за счет вращения элек-трона вокруг ядра (орби-тальный магнитный момент) Рис. 29

и вращения электрона вокруг своей оси (спиновой магнитный момент) (рис. 29). Магнитные моменты протонов и нейтронов значительно (в 650 раз) меньше магнитных моментов электрона, поэтому магнитные свойства атома в основном определяются магнитными свойствами его электронов.

Магнитный момент количественно характеризует магнитные поля электронов. Магнитные моменты всех электроновимеют одинаковую величину и сонаправлены или направлены навстречу друг другу. При этом магнитные моменты пары электронов в случае противоположного направления взаимно компенсируются.

Но в атомах ферромагнитных материалов имеютсяне полностью заполненные внутренние электронные оболочки, которые вызываются некомпенсированными спинами. Магнитные свойства ферромагнитных веществ определяются этими некомпенсированными (спиновыми) магнитными моментами электронов.

Вторым условием возникновения ферромагнетизма является электростатическое взаимодействие между некомпенсированными спинами соседних атомов.

При не заполнении электронных оболочек часть электронов одного атома располагается вблизи ядра другого атома, в результате чего происходит обмен электронами. Между соседними атомами действуют не только магнитные силы, вызванные взаимодействием спинов, но и силы, обусловленные обмен-ными электронами. Эти силы называются обменными.

Обменное взаимодействие может привести к параллельной ориентации некомпенсированных спинов. Области, где некомпенсированные спины соседних атомов параллельны, называются областями с самопроизвольной (спиновой) намагниченностью или доменами (рис. 30,а).

Между соседними доменами с различным направлением намагниченности имеются переходные слои, называемые стенками или границами доменов.

Ферромагнитные материалы содержат большое число доменов, магнитные моменты которых имеют различные направления. Объем отдельных доменов может колебаться от 10^-6 до 10^-1 см³.

Без внешнего магнитного поля ферромагнетик состоит из доменов, намагниченных под действием обменных сил почти до насыщения, разделенных доменными границами. Но домены расположены таким образом по отношению друг к другу, что результирующий магнитный момент равен нулю.

Под действием внешнего магнитного поля происходит перестройка доменной структуры, то есть смещение границ доменов и вращение векторов намагниченности отдельных областей. Это называется процессом намагниченности во внешнем магнитном поле (рис. 30,б).

При нагревании магнитного вещества энергия теплового движения стремится разрушить состояние спонтанной намагниченности. При температуре, называемой точкой Кюри, вещество теряет магнитные свойства. Например, для железа Tk=1043 К.