Объяснение ферромагнетизма

Итак, опыт показывает, что намагничивание ферромагнетиков обус­ловлено ориентацией собственных (спиновых) магнитных моментов, электронов. Основной особенностью ферромагнетиков является су­ществование в них спонтанно (самопроизвольно) намагниченных до насыщения небольших, но макроскопических объемов, линейные разме­ры которых не превышают 10^-6 м. Эти объемы называют доменами. При­чиной спонтанной ориентации спиновых магнитных моментов являются обменные взаимодействия электронных оболочек соседних атомов в кристалле, объяснение которым дает квантовая физика, форма доме­нов у различных ферромагнетиков различна. Магнитные моменты раз­личных доменов в отсутствие внешнего магнитного поля ориентирова­ны в пространстве так, что суммарный магнитный момент кристалла равен нулю.

Намагничивание ферромагнетика можно схематически представить следующим образом (рис.8). При включении магнитного поля, направ­ление которого на рис.8 показано стрелкой, энергетически выгодными оказываются домены, магнитные моменты ко­торых составляют острый угол с направлением внешнего ноля. Их энергия меньше. Размеры этих доменов начинают увеличиваться за счет энергетически невыгодных доменов (рис.86). Идет про­цесс смещения границ. При малых значениях Н процесс обратим. При дальнейшем увеличения напряженности магнитного поля процесс стано­вится необратимым. Затем наступает момент, когда энергетически невыгодные домены исче­зает вовсе (рис.8в). Дальнейшее увеличение Н приводит к появлении намагничивания вра­щения, т.е. направление магнитного момента домена начинает изменяться (рис.8г). Причем магнитные моменты всех электронов домена по­ворачиваются одновременно без нарушения па­раллельности. И наконец (рис.8д) магнитные моменты всех доменов устанавливаются по полю. Наступает магнитное насыщение. Магнетик имеет наибольший, возможный при данной температуре, магнитный момент.

Увеличение температуры ведет к уменьшению намагниченности фер­ромагнетика. При температуре, навиваемой точкой Кюри, ферромагне­тик теряет свои ферромагнитные свойства, (домены разрушаются) и в дальнейшем ведет себя подобно парамагнетикам. Понижение темпера­туры ниже точки Кюри ведет к восстановлению ферромагнитных свойств (возникновению доменов).

Гистерезис обусловлен существованием доменов. Смещение границ и поворот вектора намагниченности идут с некоторым запаздыванием по отношению к изменению напряженности намагничивающего поля. Кро­ме того, может оказаться, что в момент включения внешнего поля энергетически выгодных доменов нет, и они должны еще появиться.

Существование остаточной индукции при включении внешнего по­ля свидетельствует о том, что в этом случае у части доменов сох­раняется преимущественная ориентация магнитных моментов в направ­лении поля.