Ферромагнетики.

У ферромагнетиков большой постоянный атомный магнитный момент и собственное магнитное поле превышает внешнее:  >> 1. В пределах домена магнитные моменты ориентированы параллельно, в отличие от антиферромагнетиков с антипараллельным упорядочиванием и ферримагнетиков с различной величиной антипараллельных магнитных моментов. В кристалле совмещены 2 кристаллические подрешетки, намагниченные противоположно.

Ферримагнетики (больше известные как ферриты) близки по своим свойствам к ферромагнетикам, обладая постоянным магнитным моментом за счет одной из подрешеток, но имеют высокое электрическое сопротивление. Благодаря этому существенно снижаются потери на вихревые токи. Состав ферритов: Me O Fe₂ O₃ , где Ме О - двухвалентный ион металла Mg, Ni, Co, Mn, Cu ... Используются ферриты для сердечников катушек индуктивности, невзаимных СВЧ устройств, в качестве поглотителей (в том числе и безэховых камер).

Степень взаимной ориентированности постоянных магнитных моментов существенно зависит от температуры. Чем выше температура, тем более хаотичным становится их расположение. При температуре (ферромагнитной точке) Кюри _К происходит фазовый переход. Изменяется структура кристаллической решетки и, как следствие, изменяются многие физические свойства. Ферромагнитные свойства утрачиваются - вещество становится парамагнетиком. Этот эффект используется при термомагнитной записи (лазерное нагревание и перемагничивание) и экстренном уничтожении информации на магнитном диске. Для нанокластеров и аморфных сплавов температура Кюри ниже и менее точно определена.

Таблица

Ферромагнетик	Fe	Сталь	Co	Ni	Пермалой
 max	1.000	3.000-8.000	240	150	300.000
К ,  С	770		1150	360	70

Влияние нагревания иллюстрирует так называемый «магнитотепловой» привод.

Рис. Схема функционирования «магнитотеплового» привода

Небольшой магнитик подвешен над свечой как маятник. Он притягивается большим магнитом. Как только температура магнитика перейдет точку Кюри, магнитик потеряет ферромагнитные свойства. Маятник оттянет его от большого магнита. Остыв, магнитик вновь притянется к большому магниту. Таким образом, формируется периодическое движение маятника – основа магнитотеплового привода.

Внешнее магнитное поле переориентирует все большее число магнитных моментов по мере увеличения напряженности. Относительная магнитная проницаемость  оценивает способность вещества намагничиваться:  = _о ( dB / d H ), _о = 4 10^-7 [Гн/м]. Доменная структура ферромагнетиков предопределяет петлю гистерезиса в зависимости от В(Н). Наличие индукции насыщения говорит о том, что при большой напряженности магнитного поля Н проницаемость  уменьшается.

B, 

_max B_нас

B 

H

Рис. Кривая намагничивания В(Н) и зависимость  (Н).

Основными характеристиками намагничивания являются: В_r - остаточная индукция после снятия магнитного поля, В_нас - индукция насыщения и соответствующая ей напряженность Н_max, Н_с - коэрцетивная сила - напряженность, сводящая индукцию В к 0.

В В_нас

В_r

В(Н)

H_c Н

Н_max

Рис. Магнитный гистерезис.

Площадь петли гистерезиса пропорциональна работе перемагничивания и полностью переходит в тепло. Для переменного поля петля гистерезиса должна быть узкой: Н_с < 1 А / м , - магнито - мягкие материалы. Для постоянных магнитов используют магнито -твердые материалы с Н_с > 10.000 А / м. Размагничивание таких материалов происходит при нагревании или механическом воздействии.

Наличие остаточной индукции В_r при Н = 0 позволяет делать переключающие (2 состояния: В = 0 и В  0 или В = +... и В = -...) логические элементы, в том числе с использованием ферромагнитных пленок толщиной 100...600 нм, т.е. в один домен. Это на 2 - 3 порядка сокращает время переключения и увеличивает Н_с , что, в свою очередь, увеличивает надежность сохранения информации.

Магниторезонансные исследования.

Нано- и микрочастицы ферромагнетиков используют для отслеживания потоков, в медицинских целях – чаще Fe, чем ядовитый кобальт (Co). Включенные в состав лекарства частицы позволяют внешним магнитом направлять лекарство в нужное место – «целевая лекарственная химиотерапия». Частицы, прикрепленные к биомолекулам, становятся «магнитными курьерами» - магнитоуправляемыми сорбентами. С их помощью можно проводить магниторезонансные исследования (МРИ), метить раковые опухоли для последующего уничтожения.

Рис. Схема прикрепления ферромагнетиков к биомолекулам.

Ферромагнитный резонанс.

При одновременном приложении постоянного и переменного магнитных полей к ферромагнетику можно получить ферромагнитный резонанс. Постоянное поле вызывает прецессию магнитного момента с ларморовой частотой _L под углом .

_L = (q_e / 2 m_e ) _o H_o.

Переменное магнитное поле, перпендикулярное постоянному, с частотой , близкой к _L увеличивает угол прецессии . При совпадении частот  = _L этот угол максимален. При этом в веществе максимально поглощается энергия. Чем выше качество кристалла, тем больше поглощается энергии и тем уже полоса ферромагнитного резонанса, т.е. выше добротность. Этот эффект используется для высокодобротных СВЧ фильтров.