Большая Советская Энциклопедия (ФЕ)

Большая Советская Энциклопедия

с которым связана большая положительная энергия. В то же время обменное взаимодействие стремится создать магнитный порядок с J ¹ 0. В результате борьбы этих противоположных тенденций происходит разбиение ферромагнитного образца на домены – области однородной намагниченности. Теория Ф. качественно определяет размеры и форму доменов, которые зависят от конкуренции различных взаимодействий в кристалле ферромагнетика (Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшиц , 1935). Равновесная структура доменов при J = 0 отвечает замкнутости магнитных потоков внутри образца. Между доменами существуют переходные слои конечной толщины, в которых J_s непрерывно меняет своё направление. На образование этих слоев

затрачивается положительная энергия, но она меньше энергии поля H _, которая возникла бы в отсутствие доменов. При некоторых критически малых размерах ферромагнитных образцов образование в них нескольких доменов может стать энергетически невыгодным, и тогда такие мелкие ферромагнитные частицы оказываются при Т < Q однородно намагниченными (т. н. однодоменные частицы).

Кривые намагничивания и петли гистерезиса в ферромагнетиках определяются изменениями объёма доменов с различными ориентациями J_s в них за счёт смещения границ доменов, а также вращения векторов J_s доменов (см. Намагничивание ). Магнитную восприимчивость ферромагнетиков можно приближённо представить в виде суммы: c = c_смещ + c_вращ. анализ кривых намагничивания J (H ) показывает, что в слабых полях c_смещ > c_вращ , а В сильных (после крутого подъёма кривой) c_вращ > c_смещ . Особый характер имеют процессы намагничивания и распределение намагниченности в магнитных тонких плёнках . Из-за чувствительности доменной структуры и процессов намагничивания к строению кристаллов общая количественная теория кривых намагничивания ферромагнетиков пока находится в незавершённом состоянии. Обычно для определения зависимости J (Н ) пользуются качественными физическими представлениями, лишь в случае идеальных монокристаллов в области, где c_вращ > c_смещ ., возможен строгий количественный расчёт (Н. С. Акулов, 1928).

Теория кривых намагничивания и петель гистерезиса важна для разработки новых и улучшения существующих магнитных материалов .

Связь Ф. с многими немагнитными свойствами вещества позволяет по данным измерений магнитных свойств получить информацию о различных тонких специфических особенностях электронной структуры кристаллов. Поэтому Ф. интенсивно исследуют на электронном и ядерном уровнях, применяя электронный ферромагнитный резонанс , ядерный магнитный резонанс , Мёссбауэра эффект , рассеяние на ферромагнитных кристаллах различного типа корпускулярных излучений (с учётом влияния магнитных моментов взаимодействующих частиц) и т.д. В 70-е гг. 20 в. возникли интересные контакты Ф. с физикой элементарных частиц и астрофизикой. Здесь следует упомянуть об изучении в ферромагнетиках явлений аннигиляции позитронов, образования мюония и позитрония (см. Позитрон ), рассеяния мюонов, а в астрофизике – о проблеме магнетизма нейтронных звёзд (пульсаров ).

Лит.: Акулов Н. С., Ферромагнетизм, М. – Л., 1939; Бозорт Р., Ферромагнетизм, пер. с англ., М., 1956; Вонсовский С. В., Шур Я. С., Ферромагнетизм, М. – Л., 1948; Дорфман Я. Г., Магнитные свойства и строение вещества, М., 1955; Туров Е. А., Физические свойства магнитоупорядоченных кристаллов, М., 1963; Теория ферромагнетизма металлов и сплавов. Сб., пер. с англ., М., 1963; Ахиезер А. И., Барьяхтар В. Г., Пелетминский С. В., Спиновые волны, М., 1967: Туров Е. А., Петров М. П., Ядерный магнитный резонанс в ферро- и антиферромагнетиках, М., 1969; Сверхтонкие взаимодействия в твердых телах, пер. с англ., М., 1970; Вонсовский С. В., Магнетизм. М., 1971; Becker R., Doring W., Ferromagnetismus, B., 1939; Kneller E., Ferromagnetismus, B., 1962; Magnetism, v. 1–4, N. Y. – L., 1963–66; Amorphous magnetism, L. – N. Y., 1973; Goodenough J. B., Magnetism and the Chemical Bond, N. Y. – L., 1963.

С. В. Вонсовский.

Рис. 2. Кривая безгистерезисного намагничивания (0 В_m ) и петля гистерезиса поликристаллического железа. Значению индукции В_m соответствует намагниченность насыщения J_s .

Рис. 1. Ферромагнитная (коллинеарная) атомная стуктура гранецентрированной кубической решётки ниже точки Кюри Q; стрелками обозначены направления атомных магнитных моментов; J_s — вектор суммарной намагниченности.

Рис. 3. Зависимость намагниченности J от напряжённости магнитного поля Н для трёх главных кристаллографических осей монокристалла железа (тип решётки — объёмно-центрированная кубическая, [100] — ось лёгкого намагничивания).

Рис. 4. Схематическое изображение температурной зависимости намагниченности насыщения J_s ферромагнетика, Q — точка Кюри.

Ферромагнетизм слабый

Ферромагнети'зм сла'бый, см. Слабый ферромагнетизм .

Ферромагнетики

Ферромагне'тики, вещества (как правило, в твёрдом кристаллическом состоянии), в которых ниже определённой температуры (Кюри точки Q) устанавливается ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов или ионов (в неметаллических кристаллах) или моментов коллективизированных электронов (в металлических кристаллах, см. Ферромагнетизм ). Среди химических элементов ферромагнитны переходные элементы Fe, Со и Ni (3 d– металлы) и редкоземельные металлы Gd, Tb, Dy, Но, Er (табл. 1).

Табл. 1. — Ферромагнитные металлы

Металлы	Q, К	Js0 , гс*
Fe	1043	1735,2
Co	1403	1445
Ni	631	508,8
Gd	289	1980
Tb	223	2713
Dy	87	1991,8
Ho	20	3054,6
Er	19,6	1872,6

* J_s0 – намагниченность единицы объёма при абсолютном нуле температуры.

Для 3d– металлов и Gd характерна коллинеарная ферромагнитная атомная структура, а в остальных редкоземельных Ф. – неколлинеарная (спиральная и др.; см. Магнитная структура ). Ферромагнитны также многочисленные металлические бинарные и более сложные (многокомпонентные) сплавы и соединения упомянутых металлов между собой и с др. неферромагнитными элементами, сплавы и соединения Cr и Mn с неферромагнитными элементами (т. н. Гейслеровы сплавы), соединения ZrZn₂ и Zr_x M_1-x Zn₂ (где М – это Ti, Y, Nb или Hf, 0 lb x lb 1), Au₄ V, Sc₃ In и др. (табл. 2), а также некоторые соединения металлов группы актинидов (например, UH₃ ).