Магнитомеханические явления.
Экспериментально было установлено, что намагничивание магнетика приводит к его вращению, а вращение – к намагничиванию.
Первое явление было обнаружено Эйнштейном и де Хаасом.
Тонкий железный стержень подвешивался на упругой нити и помещался в переменное магнитное поле. Если частота поля совпадает с собственной частотой стержня, то возникает явление резонанса и стержень совершает крутильные колебания. Схема опыта представлена на рис.20 ниже.
Рис. 20.
Второе явление было обнаружено Барнеттом. Оно обратно первому, так как в этом случае стержень сначала совершал колебания, и при этом намагничивался.
В основе опытов лежит следующее соображение. При намагничивании возникают дополнительные, не равные нулю, магнитные, и соответственно, суммарные механические моменты электронов. Но момент импульса системы стержень – электроны, по закону сохранения момента импульса, должен оставаться неизменным. То есть, у кристаллической решетки металла (стерженя) должен вознткнуть момент импульса, направление которого обратно моменту электронов. То есть стержень должен вращаться (первый опыт).
По результатам обоих опытов определяли гиромагнитное отношение электронов. Оно оказалось равным спиновому гиромагнитному отношению:
gS
= -
.
Таким образом было доказано,что за магнитные свойства ферромагнетиков отвечают спиновые магнитные моменты, что подтверждает квантовую теорию ферромагнетизма.
Антиферромагнетики и ферриты.
В некоторых случаях обменные взаимодействия приводят к тому, что собственные магнитные моменты электронов соседних атомов самопроизвольно ориентируются антипараллельно друг другу. Такие вещества называются антиферромагнетиками, а само явление – антиферромагнетизмом. Существование таких веществ было предсказано Ландау еще в 1933 г. К ним относятся хром, марганец, сплавы марганца и меди и др.
Антиферромагнетики обладают малой магнитной восприимчивостью χ и ведут себя как очень слабые парамагнетики. Для них существует определенная температура Тн, называемая точкой Нееля, при которой антипараллельная ориентация спинов исчезает. У некоторых антиферромагнетиков таких температур две – верхняя и нижняя точки Нееля, причем антиферромагнитные свойства наблюдаются только в промежуточной области температур. Выше верхней точки вещество ведет себя как парамагнетик, а ниже нижней точки Нееля - становится ферромагнетиком.
Очень важным достижением в проблеме получения магнитно-мягких материалов явилась разработка ферритов, представляющих собой ферромагнитные полупроводники. Ферриты представляют собой ферромагнитные оксиды металлов, обладающие невысокой коэрцитивной силой и большой остаточной намагниченностью. К ферритам относятся химические соединения типа комплексов МеО· Fe2O3, где Ме – Мn, Co, Ni, Mg, Cu, Zn, Gd. По своим электрическим свойствам это полупроводники, обладающие высоким удельным сопротивлением. Последнее обстоятельство важно при использовании ферритов в электротехнике. Обычные ферромагнетики нельзя использовать в радиотехнике высоких частот вследствие их большой электропроводности и возникающих из-за этого больших потерь на вихревые токи. Ферриты лишены этого недостатка. Из них изготавливают сердечники трансформаторов и стержни индукционных катушек.