Квантово-механические эффекты

 

При вращении ферромагнетиков в отсутствие магнитного поля они намагничиваются (гиромагнитный эффект Барнетта) за счет гироскопического момента, который стремится повернуть спиновые или орбитальные механические моменты атомов вдоль оси вращения магнетика. Из-за связи механических моментов с магнитными моментами (спин) атомов при вращении образца появляется составляющая магнитного момента (намагниченность) вдоль оси вращения. Эффект Барнетта позволяет определить магнитомеханическое отношение ¡ или g – (фактор Ланде) для атомов ряда веществ, т. е.

g =¡ . (48)

Для металлов и их сплавов группы железа экспериментальное значение g @ 2, что характерно для спинового магнитного момента электронов, вызывающего ферромагнетизм, например, Fe, Ni, Co.

Наблюдается и обратный магнитомеханический эффект (эффект Эйнштейна и де-Хааза), т. е. при намагничивании ферромагнитного образца он начинает вращаться. Железный цилиндрический образец подвешивается на тонкой кварцевой нити и помещается внутри соленоида, по обмотке которого пропускается переменный ток, периодически намагничивая и размагничивая образец (рис. 18).

    Рис. 18

При намагничивании в магнитном поле магнитные моменты атомов поворачиваются в направлении поля, что и вызывает вращение образца. Под действием механических напряжений ферромагнитный образец намагничивается (магнитоупругий эффект Виллари, 1865 г.). Объясняется тем, что при действии механических напряжений изменяется доменная структура ферромагнетика, векторы намагничивания JS доменов меняют свою ориентацию (без изменения абсолютной величины намагниченности). Эти явления (как и магнитострикция, Джоуль, 1842 г.) в области технического намагничивания определяются магнитными силами взаимодействия атомов в решетке ферромагнетика.

Магнитострикция - изменение формы и размеров тела при его намагничивании во внешнем магнитном поле.

Наблюдается в ферро- и ферримагнетиках, например, Fe, Ni, Co, Gd, Tb, Dy и др. Относительное удлинение образца при магнитострикции достигает величин ~10-5 – 10-2. В антиферромагнетиках, парамагнетиках и диамагнетиках магнитострикция мала.

В теории магнетизма магнитострикция рассматривается как результат проявления основных типов взаимодействий в ферромагнитных телах: электрического обменного взаимодействия и магнитного взаимодействия (диполь-дипольного и спин-орбитального). Магнитострикция, обусловленная обменными силами, в ферромагнетиках наблюдается в области намагничивания выше технического насыщения, где магнитные моменты доменов полностью ориентированы в направлении поля и происходит только рост абсолютной величины намагниченности J (парапроцесс). Магнитострикция в этом случае, например в кубических кристаллах, изотропна и приводит к изменению объема образца. Магнитострикция, обусловленная магнитными силами, наблюдается в ферро- и ферримагнитных образцах в области технического намагничивания, где намагниченность вызвана процессами смещения границ между доменами и поворотом магнитных моментов доменов по полю.

Оба эти процесса изменяют энергетическое состояние кристаллической решетки, что проявляется в изменении равновесных расстояний между ее узлами. Атомы смещаются, что и приводит к деформации решетки.

При этом наблюдается линейная магнитострикция.