Материалы электронной техники.-4

Виды магнитных материалов

•Магнитотвёрдые материалы

•Магнитомягкие материалы

•Магнитострикционные материалы

•Магнитооптические материалы

•Термомагнитные материалы

Ферромагнетики

Ферромагнетики — вещества (как правило, в твёрдом кристаллическом или аморфном состоянии), в которых ниже определённой критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов или ионов (в неметаллических кристаллах) или моментов коллективизированных электронов (в металлических кристаллах). Иными словами, ферромагнетик — такое вещество, которое, при температуре ниже точки Кюри, способно обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля.

Свойства ферромагнетиков:

• Магнитная восприимчивость ферромагнетиков положительна и значительно больше единицы.

•При не слишком высоких температурах ферромагнетики обладают самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий.

•Для ферромагнетиков характерно явление гистерезиса

Электронные оболочки и подоболочки в

атоме железа

Если оболочка или подоболочка атома полностью достроена, то в ней число положительных спинов равно числу отрицательных спинов. В атоме железа не заполнена предпоследняя подоболочка 3d, которой не достает четырех электронов. У этой оболчки имеются пять “положительных” спинов и один “отрицательный” спин. Таким образом, имеется четыре нескомпенсированных спина, которые и определяют результирующий магнитный момент атома.

Подобное отсутствие компенсации спиновых моментов в одном из внутренних слоев электронной оболочки атома является необходимым условием ферромагнетизма, но не достаточным, это можно увидеть на примере атомов марганца (Mn).

•Вторым условием возникновения ферромагнетизма является наличие сильного электростатического взаимодействия между электронами соседних атомов, способного ориентировать их нескомпенсированные спиновые магнитные моменты одинаковым образом.

•Эти моменты, складываясь, вызывают появление самопроизвольной намагниченности вещества даже в отсутствие внешнего магнитного поля, это и является признаком ферромагнетизма.

Характер зависимости обменной энергии Wобм от отношения межатомного расстояния к радиусу незаполненной оболочки атома

Основными особенностями ферромагнетиков являются:

•Наличие макроскопических областей (доменов) спонтанного намагничивания до насыщения без воздействия внешнего магнитного поля

•Сильная зависимость магнитного состояния от напряженности внешнего магнитного поля

•Наличие температуры, выше которой ферромагнетик теряет свои свойства и становится парамагнетиком

•Наличие отставания намагниченности от напряженности магнитного поля

•Изменение линейных размеров и формы при изменении магнитного состояния (явление

магнитострикции)

Характеристики и параметры ферромагнетиков

•При изменениях напряженности магнитного поля на величины, сравнимые с коэрцитивной силой, имеют место необратимые процессы намагничивания и перемагничивания. В это случае значения намагниченности магнитного материала при изменении знака поля не совпадают.

•Необратимые процессы намагничивания и перемагничивания сопровождаются рассеянием энергии, при котором, в частности, происходит выделение теплоты, что и обуславливает отставание намагниченности от напряженности. Это явление называют магнитным гистерезисом,

а замкнутую кривую называют

петлей гистерезиса.

Характеристики и параметры ферромагнетиков

•Кривая OD, отображающая закон

нарастания индукции при увеличении напряженности поля при условии, что вещество предварительно было размагничено, называется

первоначальной кривой намагничивания

•Основными характеристиками петли гистерезиса являются остаточная индукция Br и коэрцитивная сила Hc.Площадь этой петли определяет величину потерь энергии на гистерезис в

единице объема за один цикл

перемагничивания.

Семейство частных симметричных петель гистерезиса