МАГНИТНАТА АНИЗОТРОПИЯ и прочия... ( ПРИЛОЖЕН МАГНЕТИЗЪМ)

1. 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

2. Основната магнитна величина магнитен момент-M Постоянен магнит Постоянен магнит Намагнитеност - I Магн. възприемчивост -  Магн. индукция -B Магн. проницаемост - 

3. СИЛНОМАГНИТНИ ВЕЩЕСТВА – феромагнитни,феримагнитни Fe, Co, Ni, Gd, MnAs, MnAl, Fe-сплави, SmCo5, Nd2Fe14B, ….., Fe3O4, CoFe2O4, BaFe12O19, ….., и други ....

4. Магнитният хистерезис -най-типичното и най-съществено за приложенията свойствонасилномагнитните вещества Коерцитивна сила - Hc

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

6. 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!

7. 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

8. СИЛНОМАГНИТНИТЕ ВЕЩЕСТВА Елементарни магнитни моменти -  от атоми или йони на преходните елементи

9. СИЛНОМАГНИТНИТЕ ВЕЩЕСТВА 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.

10. Спонтанен магнитен порядък в силномагнитнте вещества Феромагнитен!! Феримагнитен !! Антиферомагнитен И други ...

11. Явления, съпътстващи феромагнетизма • Магнитна анизотропия; • Магнитострикция; • Саморазмагнитване; • Характерна промяна в топлинния капацитет; • Характерна промяна в електропроводността; • Характерна промяна в оптичните свойства; • Други ...

12. АНИЗОТРОПИЯ – 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

13. Магнитна анизотропия – проявления: хексагонален кристал Магнитокристална (естествена) магнитна анизотропия (Има и други видове магнитна анизотропия.)

14. Друго, още по-типично, проявление на магнитокристалната (естествена) магнитна анизотропия c – единствена ос на лесно намагнитване магнитно едноосно вещество едноосна магнитна анизотропия

15. Магнитокристалната анизотропия 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

16. Магнитокристалната анизотропия 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

17. Количествено изразяване на магнитокристалната анизотропия Константа на магн. анизотропия Енергия на магнитната анизотропия

18. Количествено изразяване на магнитокристалната анизотропия Магнитокристалната анизотропия е четен ефект!

19. Повърхност наенергията приедноосна магнитокристалната анизотропия Wa = Kusin2Θ

20. Повърхност наенергията притриосна магнитокристалната анизотропия Wa е по-сложна но пак четна функция на ъглите между магнитния момент и кристалните оси.

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

22. 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)

23. СПИН-ОРБИТАЛНО ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ 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 !

24. СПИН-ОРБИТАЛНО ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

25. ВЛИЯНИЕ НА КРИСТАЛНОТО ПОЛЕ Орбиталните вълнови функции на d-електроните не са сферически симетрични.

26. ВЛИЯНИЕ НА КРИСТАЛНОТО ПОЛЕ Електростатичното поле в кристала отразява симетрията му. NaCl

27. ВЛИЯНИЕ НА КРИСТАЛНОТО ПОЛЕ Орбиталните магнитни моменти “чустват” симетрията на кристала. Разцепването на енергитичните нива на 3d-електроните зависи от симетрията на обкръжението им. Октааедрично обкръжение

28. ВЛИЯНИЕ НА КРИСТАЛНОТО ПОЛЕ Орбиталните магнитни моменти “чустват” симетрията на кристала. Разцепването на енергитичните нива на 3d-електроните зависи от симетрията на обкръжението им. Тетраедрично обкръжение

29. 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!

30. 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

31. 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

32. Произход на двуйонната магнитокристална анизотропия < Ориентацията на магнитните моменти зависи от тяхното взаимно разположение в кристала.

33. Саморазмагнитване (размагнитващо поле, HD)

34. Саморазмагнитване (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

35. Саморазмагнитване (размагнитващо поле, HD) HDзависи от формата на тялото и от намагнитеността му

36. АНИЗОТРОПИЯ НА ФОРМАТА WH = -i.Hi WDa< WDб

37. АНИЗОТРОПИЯ НА ФОРМАТА WDc< WDa

38. АНИЗОТРОПИЯ НА ФОРМАТА Едноосна анизотропия

39. АНИЗОТРОПИЯ НА ФОРМАТА

40. АНИЗОТРОПИЯ НА ФОРМАТА

41. АНИЗОТРОПИЯ НА ФОРМАТА

42. АНИЗОТРОПИЯ НА ФОРМАТА Тяло от много, случайно ориентирани частици удължени сплескани

43. Едновременното действие на: • обменните взаимодействия, Wex, • магнитната анизотропия, Wa, • размагнитващото поле, HD, • приложеното магнитно поле, WH, • магнитострикцията, Wstr, • предизвиква съществуването на • МАГНИТНИ ДОМЕНИ.

44. Доменна структура Зависи съществено и от размерите на тялото!

45. Магнитен хистерезис при наличие на доменна структура

46. Магнитен хистерезис (при наличие на доменна структура) Ширината на доменната стена A ~ Wex Енергията на доменната стена

47. Магнитен хистерезис (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.

48. Магнитен хистерезис (при наличие на доменна структура)

49. Реални обекти с анизотропия на формата

50. РЕАЛНИ ОБЕКТИ С АНИЗОТРОПИЯ НА ФОРМАТА -Fe2O3частици, използвани в гъвкавите дискове (дискети)и др.