4 Переходная доменная структура

Изучение зародышей перемагничивания навело на мысль, что возможен и другой путь достижения однодоменного состояния после выключения внешнего магнитного поля, путь, связанный с созданием условий, препятствующих возникновению и росту зародышей перемагничивания. Выяснилось, что частицы должны быть монокристальными, магнитноодноосными и, главное, обладать очень большой магнитной анизотропией. Хотя и в этом случае в крупной частице равновесным состоянием будет многодоменное, однако, если такую частицу намагнитить вдоль легкой оси сильным магнитным полем, достаточным для уничтожения зародышей перемагничивания (или их уменьшения до очень малых размеров), то после выключения поля частица сохраняет однодоменное состояние и перемагнитить ее очень трудно.

Процесс перемагничивания осуществляется тогда следующим образом. После достижения достаточно большого отрицательного поля мгновенно возникает и разрастается зародыш перемагничивания, и весь объем частицы перемагничивается скачком — ориентация спинов изменяется на 180°. При таком перемагничивании частица обладает очень большой коэрцитив­ной силой, а именно она, как указывалось, является решающей характеристикой устойчивости магнитного состояния постоянного магнита. Впервые подобные частицы, названные частицами с переходной доменной структурой , были открыты на сплаве марганец — висмут в 1956 г.

5 Гистерезис, обусловленный трудностью зародышеобразования

1. Гистерезис, обусловленный трудностью зародышеобразования

Три основные причины магнитного гистерезиса. А) Гистерезис, обусловленный задержкой смещения границ между доменами. Он имеет место в том случае, когда зародыши обратной намагниченности возникают относительно легко. Для полного перемагничивания образца внешнее критическое магнитное поле должно привести к смещению границ между доменами. Согласно Кондорскому, эта величина обратно пропорциональна намагниченности насыщения и прямо пропорциональна максимальной величине средних значений градиента энергии по всей граничной поверхности, возникающей при движении доменной стенки. Таким образом, препятствием для смещения доменной границы является градиент граничной энергии, величина которого определяется наличием включений и напряжений в материале.

Б) Гистерезис, обусловленный задержкой роста зародышей перемагничивания. Этот механизм имеет место в той или иной степени во всех ферромагнетиках. При действии внешнего поля с направлением, обратным первоначальному намагничиванию, происходит постепенный рост зародышей до критических размеров, после чего рост энергетически выгоден, т. е. энергетически выгоден процесс перемагничивании. Поле, соответствующее началу этого процесса, называют полем старта. Затем перемагничивание может происходить при поле, меньшем поле старта, называемом критическим. Для образования зародыша перемагничивания необходима энергия, идущая на создание граничного слоя между зародышем и окружающей его средой. Для дальнейшего перемагничивания образца граничный слой во время движения должен преодолевать потенциальные барьеры, возникающие из-за неоднородностей материала. При этом затрачиваемая энергия может быть меньше той, которая требовалась для образования граничного слоя.

Этот тип гистерезиса в сущности связан с тем,что, только начиная с некоторого критического размера rк зародышей, они способны необратимо увеличивать свои размеры в поле старта Н_0s , приводя к перемагничиванию кристалла , где , а b = 1.

В) Гистерезис, обусловленный необратимыми процессами вращения. Перемагничивание ферромагнетиков путём вращения может осуществляться в том случае, когда в материале исключена возможность возникновения зародышей перемагничивания, а, следовательно, исключены процессы смещения границ между доменами. Такой механизм имеет место в однодоменных ферромагнитных частицах, разделённых неферромагнитной матрицей.