Магнитные свойства вещества

     Доменная  структура таких тонких ферритовых пленок весьма специфична. Характер доменов  и границ между ними существенно  зависит от толщины пленки. При  малой толщине из-за того, что  размагничивающий фактор в плоскости  пленки на много порядков меньше, чем  в направлении нормали к ней, намагниченность располагается  параллельно плоскости пленки. В  этом случае образования доменов  с противоположными направлениями  намагничивания по толщине пленки не происходит. В пленках, толщина которых  больше некоторой критической, возможно образование доменов полосовой  конфигурации. Пленка разбивается на длинные узкие домены шириной  от долей микрометра до нескольких микрометров, причем соседние домены намагничены  в противоположных направлениях вдоль нормали к поверхности. Такие магнитные пленки получили название «закритических», их толщина  находится в пределах 0,3-10 мкм

     Приложение  внешнего магнитного поля, направленного  перпендикулярно плоскости пленки с полосовыми доменами, приводит к  изменению размеров и формы доменов. При увеличении поля происходит уменьшение длины полосовых доменов, а затем  наименьший домен превращается в  цилиндрический. В некотором интервале  значений внешнего магнитного поля в  пленке могут существовать как полосовые  домены, так и ЦДМ. Дальнейшее увеличение поля приводит к тому, что ЦДМ  уменьшается в диаметре, а оставшиеся полосовые домены превращаются в  цилиндрические. ЦДМ могут исчезнуть (коллапсировать) при достижении некоторого значения поля и, таким образом, вся  пленка намагнитится однородно. Впервые ЦДМ наблюдались в пленках ортоферритов – веществах, имеющих химическую формулу

     RfeO3, где R- редкоземельный элемент.

     ЦДМ могут использоваться для создания запоминающих и логических устройств. При этом наличие домена в данной точке пленки соответствует значению «1», а отсутствие –значению «0». Для хранения и передачи информации с помощью ЦДМ нужно уметь  формировать домены, хранить их, перемещать в заданную точку, фиксировать  их присутствие или отсутствие (т.е. считывать информацию), а также  разрушать ненужные ЦДМ.

     Кривые  намагничивания для различных сортов железа и стали:/ — мягкое железо; 2 — закаленная сталь; 3 — незакаленная сталь.

     Зависимость от Н у магнитного сплава пермаллоя (1) и у мягкого железа (2) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Магнитные моменты электронов и атомов.

     Рассматривая  действи; магнитного поля на проводники с током и на движущиеся заряды, мы не интересовались процессами, происходящими  в веществе. Свойства среды учитывались  формально с помощью магнитной  проницаемости m. Для того чтобы разобраться  в магнитных свойствах сред и  их влиянии на магнитную индукцию, необходимо рассмотреть действи; магнитного поля на атомы и молекулы вещества.

     Опыт  показывает, что все вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются. Рассмотрим причину этого явления  с точки зрения строения атомов и  молекул, положив в основу гипотезу Ампера, согласно которой в любом  теле существуют микроскопические токи, обусловленные движением электронов в атомах и молекулах.

     Для качественного объяснения магнитных  явлений с достаточным приближением можно считать, что электрон движется в атоме по круговым орбитам. Электрон, движущийся по одной из таких орбит, эквивалентен круговому току, поэтому  он обладает орбитальным магнитным  моментом pm=ISn, модуль которого

     где I=en ≈ сила тока, n ≈ частота вращения электрона по орбите, S ≈ площадь  орбиты. Если электрон движется по часовой  стрелке (рис. 187), то ток направлен  против часовой стрелки и вектор рm направлен перпендикулярно плоскости  орбиты электрона, как указано на рисунке.

     С другой стороны, движущийся по орбите электрон обладает механическим моментом импульса Le, модуль которого, согласно

     где v = 2pn, pr2 = S. Вектор Le (его направление  также определяется по правилу правого  винта) называется орбитальным механическим моментом электрона. 

     Из  рис. 187 следует, что направления  рm и Le, противоположны, поэтому, учитывая выражения  получим 

     где величина  

     называется  гиромагнитным отношением орбитальных. Это отношение, определяемое универсальными постоянными, одинаково для любой  орбиты, хотя для разных орбит значения v и r различны. Формула выведена для круговой орбиты, но она справедлива и для эллиптических орбит.

         Экспериментальное определение гиромагнитного отношения проведено в опытах Эйнштейна и де Гааза* (1915), которые наблюдали поворот свободно подвешенного на тончайшей кварцевой нити железного стержня при его намагничении во внешнем магнитном поле (по обмотке соленоида пропускался переменный ток с частотой, равной частоте крутильных колебаний стержня). При исследовании вынужденных крутильных колебаний стержня определялось гиромагнитное отношение, которое оказалось равным √(e/m). Таким образом, знак носителей, обусловливающих молекулярные токи, совпадал со знаком заряда электрона, а гиромагнитное отношение оказалось в два раза бо2льшим, чем введенная ранее величина g .Для объяснения этого результата, имевшего большое значение для дальнейшего развития физики, было предположено, а впоследстви; доказано, что кроме орбитальных моментов (см. (131.1) и (131.2)) электрон обладает собственным механическим моментом импульса Les, называемым спином. Считалось, что спин обусловлен вращением электрона вокруг своей оси, что привело к целому ряду противоречий. В настоящее время установлено, что спин является неотъемлемым свойством электрона, подобно его заряду и массе. Спину электрона Les, соответствует собственный (сотовый) магнитный момент рms, пропорциональный Les и направленный в противоположную сторону:

     где ħ=h/(2p) (h≈постоянная Планка), mb≈магнетон  Бора, являющийся единицей магнитного момента электрона.

         В общем случае магнитный момент электрона складывается из орбитального и спинового магнитных моментов. Магнитный момент атома, следовательно, складывается из магнитных моментов входящих в его состав электронов и магнитного момента ядра (обусловлен магнитными моментами входящих в ядро протонов и нейтронов). Однако магнитные моменты ядер в тысячи раз меньше магнитных моментов электронов, поэтому ими пренебрегают. Таким образом, общий магнитный момент атома (молекулы)═  равен векторной сумме магнитных моментов (орбитальных и спиновых) входящих в атом (молекулу) электронов

         Еще раз обратим внимание на то, что при рассмотрении магнитных моментов электронов и атомов мы пользовались классической теорией, не учитывая ограничений, накладываемых на движение электронов законами квантовой механики. Однако это не противоречит полученным результатам, так как для дальнейшего объяснения намагничивания веществ существенно лишь то, что атомы обладают магнитными моментами. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  использованной литературы:

1. Иродов И.Е.  «Электромагнетизм». Основные законы

М. ; Лаборатория  базовых знаний, 2000

2. Павлов П.В., Хохлов А.Ф. “Физика твердого  тела” 

М. – Высшая школа, 2000

3. Элементарный учебник физики под ред. Ландсберга Г.С. “Электричество и магнетизм”

М. – Наука, 1975

4. Трофимова Т.И. “Курс физики”

М. – Высшая школа, 1999