Цилиндрические магнитные домены.
Кристаллы ферромагнетиков анизотропны при намагничивании. Например, монокристалл Fe легче намагничивается вдоль ребер элементарной ячейки, Ni - вдоль пространственных диагоналей. Данное направление называется осью легчайшего намагничивания (ОЛН) – большее расстояние между атомами.
В тонких пластинках или пленках одноосных кристаллов с перпендикулярным расположением к поверхности оси легчайшего намагничивания могут возникать цилиндрические магнитные домены (ЦМД).
Во внешнем магнитном поле Но вдоль ОЛН разрастаются домены одинакового направления намагниченности и уменьшаются домены антипараллельного направления (из всех других направлений это труднее развернуть).
Но
Рис. Схема образования ЦМД.
При первом критическом значении магнитного поля Но = Нкрит1 антипараллельные домены сжимаются и переходят в цилиндрические (окружность обладает наименьшей длиной границы при наибольшей площади) - образуются ЦМД. При дальнейшем увеличении Но радиус d ЦМД уменьшается. При Но = Нкрит2 ЦМД исчезают (происходит коллапс).
Но
Нкрит2
Нкрит1
d
Рис.. Зависимость радиуса d ЦМД от магнитного поля Н о.
ЦМД (”магнитные пузырьки”) имеют устойчивое магнитное состояние при
Нкрит1 < Но < Нкрит2 . ЦМД можно управлять: перемещать в плоскости кристалла, генерировать новые домены, уничтожать в анигиляторах.
Для считывания информации используется магниторезистивный эффект - изменение магнитного сопротивления Rm в зависимости от направления намагничивания. При прохождении ЦМД мимо датчика радиальная составляющая поля ЦМД поворачивает магнитное поле датчика. При этом изменяется сопротивление датчика и меняется сила тока. С уменьшением размера домена или кластера магнитное поле ЦМД становится слабее, усложняется позиционирование. Данные проблемы решаются использованием гигантского магниторезистивного эффекта в наноструктурах.
Магнитореологические композиции.
Магнитореологическая жидкость (МРЖ) - это суспензия мелкодисперсных ферромагнитных частиц в масле (коллоидные кластеры). Внешнее магнитное поле ориентирует частицы, увеличивая вязкость жидкости до значений, характерных для твердого состояния.
Рис. Структура магнитной жидкости вне (off) и в (on) магнитном поле.
Рис. МРЖ на стекле.
Применение магнитных жидкостей:
Сбор нефтепродуктов.
МРЖ используются в демпферах механических колебаний оборудования с двигателями, сейсмических воздействий, затворах (вентилях), динамиках, полировочных устройствах
Магнитная жидкость используется в качестве защитного элемента, уплотнителя. Она удерживается магнитным полем в кольцевом зазоре между вращающимся валом и неподвижным корпусом. Жидкость не пропускает частицы пыли внутрь дисковода.
Рис. Схема дисковода компьютера (магнитореологическая жидкость – черная, полюса магнита – красный и синий).
В отличие от обычных жидкостей, в МРЖ могут возникать объемные и поверхностные силы, крутящие моменты - в зависимости от поведения внешнего магнитного поля. Кластеры вовлекают в движение жидкость. Формируется управляемое гидромеханическое движение.
В отсутствие гравитации, например, в космосе, можно с помощью МРЖ поддерживать конвекцию среды.
Ферромагнитные частицы, будучи добавленными в резиноподобные полимеры, образуют магнитореологические эластомеры (МРЭ). В магнитном поле ориентирование частиц приводит к изменению размеров образца МРЭ, что может быть использовано в микроприводах.
Отдельный домен может иметь линейные размеры порядка 0,01 мм и соответственно объем порядка 10–6 мм3. Домены разделены так называемыми блоховскими стенками, толщина которых не превышает 1000 атомных размеров. «Стенка» и два противоположно ориентированных домена схематически изображены на рис. 5. Такие стенки представляют собой «переходные слои», в которых происходит изменение направления намагниченности доменов.
В общем случае на кривой первоначального намагничивания можно выделить три участка (рис. 6). На начальном участке стенка под действием внешнего поля движется сквозь толщу вещества, пока не встретит дефект кристаллической решетки, который ее останавливает. Увеличив напряженность поля, можно заставить стенку двигаться дальше, через средний участок между штриховыми линиями. Если после этого напряженность поля вновь уменьшить до нуля, то стенки уже не вернутся в исходное положение, так что образец останется частично намагниченным. Этим объясняется гистерезис магнита. На конечном участке кривой процесс завершается насыщением намагниченности образца за счет упорядочения намагниченности внутри последних неупорядоченных доменов. Такой процесс почти полностью обратим. Магнитную твердость проявляют те материалы, у которых атомная решетка содержит много дефектов, препятствующих движению междоменных стенок. Этого можно достичь механической и термической обработкой, например путем сжатия и последующего спекания порошкообразного материала. В сплавах алнико и их аналогах тот же результат достигается путем сплавления металлов в сложную структуру.
