Намагничивание
Намагничивание — это процесс создания намагниченности в материалах, таких как горные породы и минералы.
Механизм намагничивания зависит от типа материала:
Диамагнетики: результирующий магнитный момент в отдельных атомах (молекулах) равен нулю. Намагниченность возникает за счёт ларморовской прецессии электронных орбит во внешнем магнитном поле.
Парамагнетики: атомы (молекулы) обладают магнитным моментом, но в отсутствие внешнего магнитного поля суммарный магнитный момент равен нулю из-за случайного распределения отдельных моментов. Внешнее магнитное поле упорядочивает ориентацию моментов, а тепловое движение препятствует полной ориентации. Насыщение достигается только в сильных полях.
Ферромагнетики: взаимодействие между атомами настолько сильно, что магнитные моменты атомов (обусловленные главным образом спиновыми моментами электронов) в отдельных областях — доменах (размером около 10⁻⁶ — 10⁻⁹ см³) — направлены параллельно друг другу даже в отсутствие внешнего магнитного поля (спонтанная намагниченность). Отсутствие намагниченности в образце объясняется компенсацией случайно распределённых магнитных моментов отдельных доменов. Намагниченность ферромагнетиков под действием внешнего магнитного поля обусловливается двумя процессами:
- Смещение границ доменов: домены с магнитным моментом, близким к направлению намагничивающего поля, растут за счёт соседних доменов с другим направлением момента.
- Поворот направления магнитного момента доменов до направления намагничивающего поля.
При последовательном увеличении поля наступает насыщение, и намагниченность перестаёт расти. Реальные ферромагнетики являются кристаллами и обладают магнитной анизотропией, то есть имеют оси лёгкого и трудного намагничивания. Вдоль оси лёгкого намагничивания насыщение достигается в меньших полях.
При уменьшении намагничивающего поля намагниченность убывает медленнее, чем возрастала, и при нулевом поле сохраняет некоторую величину — остаточную намагниченность. Для размагничивания необходимо приложить обратно направленное поле. Величина этого поля, при которой намагниченность становится равной нулю, называется коэрцитивной силой.
Ферромагнитные свойства исчезают при определённой температуре — точке Кюри, после чего вещество становится парамагнетиком. Если нагревать ферромагнетик в слабом магнитном поле, то при подходе к точке Кюри магнитная восприимчивость резко возрастает. При последующем охлаждении в этом поле возникает термоостаточная намагниченность. Намагничивание ферромагнетиков сопровождается механическими деформациями — магнитострикцией.
Антиферромагнетики: при температурах ниже критической спины атомов в кристаллической решётке упорядочены так, что каждый атом окружён антипараллельными спинами соседей. В образце существуют области упорядоченных антипараллельных спинов, подобные доменам. Такие материалы обладают нелинейной зависимостью намагниченности от поля и другими аномалиями, напоминающими ферромагнетики. При нагреве выше критической температуры упорядочение исчезает, и антиферромагнетик становится парамагнетиком.
Ферриты: по структуре относятся к антиферромагнетикам, но в отдельных доменах спины одного направления превосходят по величине спины другого, что создаёт результирующий магнитный момент и приближает их по свойствам к ферромагнетикам.
Ю. П. Тафеев.