МАГНИТНАТА АНИЗОТРОПИЯ
Download
1 / 66

МАГНИТНАТА АНИЗОТРОПИЯ и прочия... ( ПРИЛОЖЕН МАГНЕТИЗЪМ) - PowerPoint PPT Presentation


  • 229 Views
  • Uploaded on

МАГНИТНАТА АНИЗОТРОПИЯ и прочия... ( ПРИЛОЖЕН МАГНЕТИЗЪМ). Доц. д-р Михаил Михов Физически факултет на СУ “Св. Кл. Охридски” Юни, 2011 г. http://elearning-phys.uni-sofia.bg/~mikhov. Основната магнитна величина магнитен момент - M. Постоянен магнит. Постоянен магнит.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' МАГНИТНАТА АНИЗОТРОПИЯ и прочия... ( ПРИЛОЖЕН МАГНЕТИЗЪМ)' - hide


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
МАГНИТНАТА АНИЗОТРОПИЯи прочия...(ПРИЛОЖЕН МАГНЕТИЗЪМ)

Доц. д-р Михаил Михов

Физически факултет на СУ “Св. Кл. Охридски”

Юни, 2011 г.

http://elearning-phys.uni-sofia.bg/~mikhov


Основната магнитна величина

магнитен момент-M

Постоянен

магнит

Постоянен

магнит

Намагнитеност - I

Магн. възприемчивост - 

Магн. индукция -B

Магн. проницаемост - 


СИЛНОМАГНИТНИ ВЕЩЕСТВА –

феромагнитни,феримагнитни

Fe, Co, Ni, Gd,

MnAs, MnAl, Fe-сплави, SmCo5, Nd2Fe14B, …..,

Fe3O4, CoFe2O4, BaFe12O19, …..,

и други ....


Магнитният хистерезис -най-типичното и най-съществено за приложенията свойствонасилномагнитните вещества

Коерцитивна сила - Hc


30 10 9 us
Годишното производство на трите основни типа магнитни материали по основния приложен параметър – коерцитивната им сила е 30109US$


Науката за магнетизма доведе до създаване на магнитни материали с коерцитивни сили различаващи се на 8 порядъка

Основната причина за хистерезиса

и за коерцитивната сила е

МАГНИТНАТА АНИЗОТРОПИЯ!


СИЛНОМАГНИТНИТЕ ВЕЩЕСТВА – основата на магнитните материали

Елементарни магнитни моменти - 

на атоми или йони на преходните елементи, идващи от незапълнените им

върешни електронни слоеве:

3d- Cr, Mn, Fe, Co, Ni, …   2 – 5 B

4f- Nd, Pr, Dy, Gd, Ho, Tb, …  2 – 10 B


СИЛНОМАГНИТНИТЕ ВЕЩЕСТВА основата на магнитните материали

Елементарни магнитни моменти - 

от атоми или йони на преходните елементи


СИЛНОМАГНИТНИТЕ ВЕЩЕСТВА основата на магнитните материали

Обменни (квантови) взаимодействия между

елементарните магнитни моменти - Wex

Притемпература,Т, под температурата на Кюри,ТC:

Т < ТCтака, че Wex > kBT.

При Т>ТCтака, чеkBT>Wex

веществото става парамагнитно.


Спонтанен магнитен порядък основата на магнитните материали

в силномагнитнте вещества

Феромагнитен!!

Феримагнитен !!

Антиферомагнитен

И други ...


Я основата на магнитните материали вления, съпътстващи феромагнетизма

  • Магнитна анизотропия;

  • Магнитострикция;

  • Саморазмагнитване;

  • Характерна промяна в топлинния капацитет;

  • Характерна промяна в електропроводността;

  • Характерна промяна в оптичните свойства;

  • Други ...


АНИЗОТРОПИЯ – основата на магнитните материали

различие в свойства на обекта

по различни негови направления

ανισος–нееднакво

τροπος –направление

МАГНИТНА АНИЗОТРОПИЯ –

различие в магнитните свойствата на обекта

по различните му направления


М основата на магнитните материали агнитна анизотропия – проявления:

хексагонален кристал

Магнитокристална (естествена) магнитна анизотропия

(Има и други видове магнитна анизотропия.)


Друго, още по-типично основата на магнитните материали , проявление

на магнитокристалната (естествена)

магнитна анизотропия

c – единствена ос на лесно намагнитване

магнитно едноосно вещество

едноосна магнитна анизотропия


Магнитокристалната анизотропия основата на магнитните материали зависи съществено от магнитните йони и от симетрията на кристала

обемно-центриран

кубичен кристал

[100], [010],[001]- три еквивалентни оси на лесно намагнитване

магнитно триосно вещество


Магнитокристалната анизотропия основата на магнитните материали зависи съществено от магнитните йони и от симетрията на кристала

Ni

стенно-центриран

кубичен кристал

<111>- четири еквивалентни оси на лесно намагнитване

магнитно четириосно вещество


Количествено изразяване на основата на магнитните материали магнитокристалната анизотропия

Константа на магн. анизотропия

Енергия на магнитната анизотропия


Количествено изразяване на основата на магнитните материали магнитокристалната анизотропия

Магнитокристалната анизотропия е четен ефект!


Повърхност на основата на магнитните материали енергията приедноосна магнитокристалната анизотропия

Wa = Kusin2Θ


Повърхност на основата на магнитните материали енергията притриосна магнитокристалната анизотропия

Wa е по-сложна но пак четна функция на ъглите между магнитния момент и кристалните оси.


Количественото изразяване на магнитокристалната анизотропия е по-сложно; съществуват редица разновидности на магнитокристалната анизотропия.


Произход на магнитокристалната анизотропия

1. Еднойонна анизотропия –

спин-орбитални взаимодействия и влияние на кристалното поле

(основният вид)

2. Двуйонна анизотропия –

диполни взаимодействия между магнитните моменти

(сравнително слаба)


СПИН-ОРБИТАЛНО ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ анизотропия

взаимодействие между спиновия и орбитален моменти на електрона в атома

Спиновият магнитен момент на електрона взаимодейства с магнитното поле, създадено от неговото орбитално движение.

Wso ~ -Hl.s

Релативистки ефект !



ВЛИЯНИЕ НА КРИСТАЛНОТО ПОЛЕ анизотропия

Орбиталните вълнови функции на d-електроните не са сферически симетрични.


ВЛИЯНИЕ НА КРИСТАЛНОТО ПОЛЕ анизотропия

Електростатичното поле в кристала отразява симетрията му.

NaCl


ВЛИЯНИЕ НА КРИСТАЛНОТО ПОЛЕ анизотропия

Орбиталните магнитни моменти “чустват” симетрията на кристала.

Разцепването на енергитичните нива на 3d-електроните зависи от симетрията на обкръжението им.

Октааедрично

обкръжение


ВЛИЯНИЕ НА КРИСТАЛНОТО ПОЛЕ анизотропия

Орбиталните магнитни моменти “чустват” симетрията на кристала.

Разцепването на енергитичните нива на 3d-електроните зависи от симетрията на обкръжението им.

Тетраедрично

обкръжение


Произход на еднойонната магнитокристална анизотропия

  • Спиновите и орбиталните моменти са (повече или по-малко) свързани;

  • Пространственото разположение на орбиталните моменти зависи от симетрията на електростатичното кристално поле;

  • Електростатичното поле в кристала отразява неговата симетрията;

  • От тук, пространствената ориентация на спиновите магнитни моменти е свързана (повече или по-малко) с кристалограф-ските направления;

  • Това е, собствено, еднойонната магнитокрис-тална анизотропия!


  • Еднойонната магнитокристална анизотропия зависи от:

  • Вида на магннитните атоми и от тяхното валентно състояние;

  • Симетрията на кристала;

  • Обкръжението на магнитния атом или йон;

  • Температурата – много силно!

    хексагонално кубично


Произход на двуйонната магнитокристална анизотропиядипол-диполни взаимодействия между магнитните моменти

WH = -M.H

T= МH

(T –въртящ момент)

H = f(M, r)

еднозначна функция


Произход на двуйонната магнитокристална анизотропия

<

Ориентацията на магнитните моменти зависи от тяхното взаимно разположение в кристала.


С магнитокристална анизотропияаморазмагнитване

(размагнитващо поле, HD)


С магнитокристална анизотропияаморазмагнитване

(размагнитващо поле, HD)

Полето в намагн. тяло, Hi,

е винаги по-малко

от приложеното поле, Hе.

HDзависи от

формата на тялото и

от намагнитеността му


С магнитокристална анизотропияаморазмагнитване

(размагнитващо поле, HD)

HDзависи от

формата на тялото и

от намагнитеността му


АНИЗОТРОПИЯ НА ФОРМАТА магнитокристална анизотропия

WH = -i.Hi

WDa< WDб


АНИЗОТРОПИЯ НА ФОРМАТА магнитокристална анизотропия

WDc< WDa


АНИЗОТРОПИЯ НА ФОРМАТА магнитокристална анизотропия

Едноосна анизотропия


АНИЗОТРОПИЯ НА ФОРМАТА магнитокристална анизотропия


АНИЗОТРОПИЯ НА ФОРМАТА магнитокристална анизотропия


АНИЗОТРОПИЯ НА ФОРМАТА магнитокристална анизотропия


АНИЗОТРОПИЯ НА ФОРМАТА магнитокристална анизотропия

Тяло от много, случайно ориентирани частици

удължени

сплескани


  • Едновременното действие на: магнитокристална анизотропия

    • обменните взаимодействия, Wex,

    • магнитната анизотропия, Wa,

    • размагнитващото поле, HD,

    • приложеното магнитно поле, WH,

    • магнитострикцията, Wstr,

  • предизвиква съществуването на

  • МАГНИТНИ ДОМЕНИ.


Доменна структура магнитокристална анизотропия

Зависи съществено и от размерите на тялото!


Магнитен хистерезис магнитокристална анизотропия

при наличие на доменна структура


Магнитен хистерезис магнитокристална анизотропия

(при наличие на доменна структура)

Ширината на доменната стена

A ~ Wex

Енергията на доменната стена


Магнитен хистерезис магнитокристална анизотропия

(при наличие на доменна структура)

Енергията на доменната стена

A и Kзависят силно от:

  • вида на атомите (йоните),

  • междуатомните разстояния,

  • локалната симетрия,

  • наличието на дефекти.

    ДЪЛБОЧИНАТА НА ПОТЕНЦИАЛНИТЕ ЯМИ Е РАЗЛИЧНА В РАЗЛИЧНИТЕ МАТЕРИАЛИ И НА РАЗЛИЧНИ МЕСТА В ЕДИН МАТЕРИАЛ.


Магнитен хистерезис магнитокристална анизотропия

(при наличие на доменна структура)



РЕАЛНИ ОБЕКТИ С АНИЗОТРОПИЯ НА ФОРМАТА

-Fe2O3частици, използвани в гъвкавите дискове (дискети)и др.


РЕАЛНИ ОБЕКТИ С АНИЗОТРОПИЯ НА ФОРМАТА

Алнико– магнити (Alnico: Fe-Co-Ni-Al)

Hc 270 kA/m (3400 Oe)

(BH)max  30 kJ/m3

Типичен пример на текстура –

игловидните феромагнитни Fe-Co микрочастици са подредени правилно в тялото


РЕАЛНИ ОБЕКТИ С АНИЗОТРОПИЯ НА ФОРМАТА

Многослойни (нано)структури в съвременните четящи глави на основата на гигантско магнитосъпротивление (GMR) в преносимите компютри


T t t
T – ФОРМАТАсиметриясиметрия проявяваща се при обръщане на времето т.е.замяна наtс-t

Формулите в

класическата механика,

класическата електродинамика,

квантовата механика

и теорията на относителността

не се променят при обръщане на времето.


T t t t
T – ФОРМАТАсиметрияt → t' = -t

T:t → t' = -t

t'= - t

v' = - v

l'= - l

' = - 


T t t t1
T – ФОРМАТАсиметрияt → t' = -t

T:t → t' = -t

t'= - t

I'= -I

H' = -H


T t t t2

Намагнитеността е четен ефект

зависи от оста, но не и от посоката.

T – симетрияt → t' = -t

=

WH = (½)-i.Hj

(i  j)


T t t t3
T – – симетрияt → t' = -t

Магнитокристалната анизотропия е четен ефект –

зависи от оста, но не и от посоката.


Магнитокристалната анизотропия и намагнитеността са четни ефекти -


Магнитокристалната анизотропия и намагнитеността са четни ефекти –магнитният момент има две различни посоки

с еднакви минимални енергии.


Една илюстрация – магнитен запис

Запис в равнината

Съвременната технология на твърди дискове с надлъжен запис не позволява плътност на информация над около 200 Gbpsi.

Перпендикулярен запис

През 2010 г. Western Digital Corp.Продава първият 3 Tbit твърд диск с перпендикулярен запис.


Друга илюстрация – запис

ивичеста доменна структура в тънки магнитни слоеве:

цилиндрични магнитни домени

20 m

Силна едноосна кристална магнитна анизотропия перпендикулярно на слоя. Тя доминира над анизотропията на формата.


Друга илюстрация – запис

в съвременните преносими компютри


Друга илюстрация – запис

в съвременните преносими компютри

Тънкослоен магнитен носител

От Co-Pt-Cr сплав с

перпендикулярна анизотропия

GMR’Четяща глава

Силни пост. магнити от

Nd2Fe14B за механизма, движещ държателя на главите

Двигател с ротор от

Nd2Fe14B - магнити


Друга илюстрация запис

в съвременните постоянни магнити

Силни постоянни магнити от Nd2Fe14B


Магнитната анизотропия е много важно свойство на магнитните материали, определящо в максимална степен тяхната приложимост.

Но съществуват и други,

не по-малко важни неща:


Благодаря за вниманието! важно свойство на магнитните материали, определящо в максимална степен тяхната приложимост.