Квантовомеханические 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 J_S 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.