ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Обменные силы самопроизвольная намагниченность из "Упругие, тепловые и электрические явления в ферромагнитных металлах " Если бы магнитные моменты атомов ферромагнетика не взаимодействовали между собой, то вследствие теплового движения их невозможно было бы полностью ориентировать даже с помощью самого сильного поля, какое может быть получено в настоящее время в лаборатории. Так приблизительно дело обстоит в случае обычных парамагнетиков, у которых взаимодействие между магнитными моментами атомов относительно мало. [c.18] Характерной же особенностью ферромагнетиков является то, что они уже в сравнительно слабых магнитных полях намагничиваются почти до полного насыщения, т. е. почти до полной ориентации магнитных моментов атомов. Для того чтобы объяснить магнитные свойства ферромагнетиков, необходимо было предположить наличие каких-то сил взаимодействия между магнитными моментами атомов, помогающих ориентировать последние вопреки силам теплового движения. [c.18] Впервые предположение о существовании внутренних сил, помогающих намагничению ферромагнетиков, было высказано в 1892 г. русским ученым Б. Л. Розингом [1] более детально эта идея была развита в 1907 г. в работах П. Вейсса [2]. [c.18] Если И—О, то ферромагнетик все равно остается намагниченным, ибо внутри него параллельная ориентация магнитных моментов поддерживается полем Зто состояние ориентированных в одном направлении магнитных моментов Вейсс назвал спонтанной или самопроизвольной намагниченностью с помощью ее он дал общее описание целому ряду наблюдаемых на опыте ферромагнитных явлений. [c.18] Здесь I — функция типа сН или /д—намагниченность насыщения при 0°К (абсолютное насыщение), х — величина магнитного момента, приходящегося на один атом ферромагнетика, и к — постоянная Больцмана. Эта формула дает качественно правильное описание зависимости 4 от Т для чистого железа, никеля и кобальта и носит название уравнения магнитного состояния ферромагнетика. [c.19] Из квантовой механики следует, что энергия системы электронов зависит от того, как ориентированы относительно друг друга спины электронов, т. е. полная энергия системы электронов будет определяться, прежде всего, величиной результирующего магнитного момента, создаваемого спинами. Такая зависимость энергии системы электронов от спиновой намагниченности является следствием принципа Паули — одного из основных законов квантовой механики. В случае системы невзаимодействующих электронов ( идеальный электронный газ) принцип Паули приводит к тому, что состояние системы электронов будет наиболее энергетически выгодным, когда результирующий магнитный момент спинов равен нулю (спиновые моменты располагаются попарно противоположно друг другу). Так обстоит дело для системы невзаимодействующих электронов. [c.20] Совершенно по-иному будет обстоять дело, если между электронами существует электростатическое взаимодействие. [c.20] Квантовомеханические расчеты показывают, что в этом случае состояние системы электронов будет более энергетически выгодным, когда спиновые магнитные моменты ориентированы одинаковым образом, т. е. состояние тела будет более устойчивым, когда в нем имеется самопроизвольная намагниченность. [c.21] Таким образом, возникновение самопроизвольной намагниченности в ферромагнетика есть естественный результат, вытекающий из квантовомеханической природы взаимодействия спиновых моментов электронов. Впервые эта идея была высказана в Советском Союзе Френкелем [4] в 1928 г. Она послужила отправным пунктом для всех последующих теорий самопроизвольной намагниченности. Для определения величины энергии, приводящей к самопроизвольной ориентации спиновых магнитных моментов электронов, обычно рассматривается система квантовомеханических уравнений, описывающих с известным приближением взаимодействие между электронами и ядрами соседних атомов в ферромагнетике. При решении этих уравнений применяется обычно упрощенный прием, допускаемый квантовой механикой, а именно, предполагается, что электрон данного атома может оказаться вблизи ядра соседнего атома и, наоборот, электрон соседнего атома может оказаться вблизи ядра данного атома. Здесь как бы происходит обмен электронами между атомами. Вследствие этого обстоятельства указанная энергия получила название обменной, а силы взаимодействия—.обменных. [c.21] Помимо ферромагнетизма, обменные силы обусловливают гомеополярную химическую связь атомов при образовании молекул. Этот вид взаимодействия весьма распространен в природе он играет весьма важную роль в целом ряде физических и химических явлений. [c.21] Численную величину энергии обменного взаимодействия в ферромагнитном металле можно оценить двумя путями. [c.23] Сплошная кривая—график функции (5), пунктирные кривые —экспериментальные данные для железа и никеля. [c.23] Слэтер 17] показал, что у ферромагнитных элементов отношение —, как правило, всегда больше, чем у других элементов, обладающих также незаполненными внутренними оболочками. В таблице 1 приведены значения для некоторых элементов с незаполненными внутренними оболочками. [c.25] Из таблицы мы видим, что К имеет наибольшие значения для четырех существующих ферромагнитных элементов гадолиния, никеля, кобальта и железа, тогда как для других элементов К мало (меньше трех). [c.25] Кроме обменного взаимодействия в сплавах также необходимо учитывать изменения магнитных моментов атомов, возникающие вследствие изменений атомных соседств. Акулов [И] установил простые соотношения, позволяющие описать, как меняются атомные магнитные моменты при упорядочении сплава эти соотношения им с сотрудниками [12] были подтверждены экспериментально. Несмотря на ряд достигнутых успехов теория ферромагнитных сплавов, тем не менее, еще далека от завершения. [c.27] Вернуться к основной статье