Ферромагни их доменная структура Феромаг гитерезис

Вещества, способные сильно намагничиваться в магнитном поле, называются ферромагнетиками. 

В ферромагнетике при температурах, не превышающих точку Кюри (), спиновые моменты атомов с недостроенными d и f-оболочками ориентируются параллельно друг другу. Намагниченность ферромагнитного образца часто оказывается нулевой и только при помещении его во внешнее магнитное поле намагниченность возрастает и быстро достигает насыщения уже в достаточно слабых полях.

Вейсс предположил, что макроскопический образец ферромагнетика разбивается на множество областей, называемых доменами, каждый из которых намагничен до насыщения. (рис. 7.15).

Друг от друга домены отделены слоями, в которых происходит поворот спинов от ориентации, свойственной одному домену, к ориентации, свойственной соседнему. Такие слои называются стенками Блоха (рис. 7.16). В железе их толщина достигает приблизительно 300 постоянных решетки (около 1000 Å).

Рассмотрим кратко причину возникновения стенок Блоха. Полный переворот спинов соседних доменов не осуществляется скачком в одной области, как это показано на рис. 7.16, а. Согласно теории, обменная энергия при скачкообразном повороте спинов на  между двумя соседними доменами должна измениться на величину .  Если же полный переворот спина на  осуществляется за n шагов, то на это потребуется затрата энергии . Тогда, с учетом того, что для достаточно больших значений n косинус можно разложить в ряд, ограничившись двумя первыми членами разложения , затраты обменной энергии на такой процесс составят

Это значение в  меньше, чем изменение энергии, имеющее место при скачкообразном перевороте спина.

Доменные границы обладают повышенной энергией и при стремлении системы к уменьшению общей энергии способны перемещаться в сторону домена с более высокой энергией, уменьшая тем самым суммарный объем доменов с высокой энергией.

Толщина стенок Блоха обычно на порядок меньше размера домена. В тонких магнитных пленках можно организовать упорядоченное движение доменов и даже отдельных фрагментов доменной границы, создавая тем самым управляющие магнитные поля. 

Весь процесс намагничивания ферромагнетика во внешнем поле можно разделить на несколько этапов (рис. 7.17). Рассмотрим кратко эти этапы.

1. В слабых полях наблюдается увеличение объема «выгодно» расположенных относительно внешнего поля доменов за счет доменов с «невыгодной» ориентацией (рис. 7.17, б). Если внешнее поле снять, то домены восстановят исходную форму и размеры. Эти процессы называют обратимым смещением границ доменов. На кривой зависимости намагниченности от напряженности поля (рис. 7.17, г) этот участок приблизительно соответствует пологой части I  кривой намагничивания.

2. Если внешнее поле  продолжает увеличиваться, то происходят необратимые процессы, которые возникают за счет препятствий, создаваемых дефектами кристаллической структуры. Чтобы преодолеть их действие, граница домена должна получить от внешнего поля достаточно большую энергию. Если снять внешнее поле, то дефекты помешают границам домена вернуться в исходное положение. Этот этап носит название необратимого смещения и на рис. 7.16, г он отвечает участку кривой II.

3. В области высоких полей намагничивание происходит за счет поворота намагниченности доменов по направлению поля (рис. 7.17, в). При этом намагниченность выходит на насыщение (техническое). Это процесс вращения, отмеченный на рис. 7.17, г римской цифрой III.

4. После этого наблюдается очень медленный рост намагниченности, т. к. при T » 0 К тепловое движение не дает всем спинам доменов ориентироваться строго параллельно. В сильных полях наблюдается так называемый парапроцесс, который заключается в достижении параллельной ориентации спинов (на рис. 7.17, г это область IV).

Полный цикл перемагничивания ферромагнитного образца представляется петлей гистерезиса (рис. 7.3). Характерной особенностью этой кривой является то, что она наглядно показывает отставание процесса размагничивания от уменьшающегося намагничивающего поля. По виду этой петли все ферромагнетики подразделяются на две группы: ферромагнетики с узкой петлей гистерезиса и низкой коэрцитивной силой () относятся к магнитомягким материалам. Ферромагнетики, имеющие высокую коэрцитивную силу () и широкую петлю гистерезиса, называются магнитотвердыми.