Метастабильность магнитного состояния и особенности намагничивания малых химически неоднородных частиц

• Автор: Ралин, Андрей Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 149 с. : ил

Содержание
Введение
Глава 1. Энергия размагничивания ферромагнитных частиц
1.1. Методы расчета магнитостатической энергии (обзор)
1.1.1. Размагничивающее поле и энергия размагничивания
1.1.2. Метод скалярного потенциала
1.1.3. Энергия размагничивания сферы и эллипсоида вращения
1.1.4. Саморазмагничивание в неэллипсоидальных зернах
1.2. Метод Роудса-Роуландса для расчета энергии размагничивания прямоугольных призм (обзор)
1.3. Модифицированный метод Роудса-Роуландса
1.3.1. Взаимодействие параллельных поверхностей
1.3.2. Взаимодействие перпендикулярных поверхностей
1.3.3. Магнитостатическое взаимодействие двух кубических частиц .
1.3.4. Обсуждение метода и выводы
Глава 2. Метастабильность магнитного состояния малых
двухфазных феррочастиц
2.1. Моделирование магнитных микрочастиц (обзор)
2.1.1. Основные принципы микромагнетизма
2.1.2. Магнитная свободная энергия
2.1.3. Структура намагниченности в ферромагнитных частицах
2.1.4. Моделирование химически неоднородных частиц
2.2. Равновесные состояния двухфазных частиц с различной ориентацией легких осей фаз
2.2.1. Предварительные замечания
2.2.2. Описание модели двухфазной частицы с бесконечно
тонкой межфазной границей
2.2.3. Магнитная энергия двухфазной частицы
2.2.4. Равновесные состояния двухфазных частиц

2.2.5. Диаграммы равновесных состояний и магнитная метастабильность двухфазных частиц
2.2.6. Влияние тепловых флуктуаций на стабильность
двухфазных частиц
2.3. Равновесные состояния двухфазных частиц с протяженной межфазной границей
2.3.1. Описание модели двухфазной частицы
2.3.2. Магнитная энергия двухфазной частицы
2.3.3. Нахождение равновесных состояний двухфазных частиц
2.3.4. Двухдоменная магнитная структура в неоднородных частицах.
2.3.5. Предельные размеры одно- и двухдоменности неоднородных частиц
2.4. Выводы по главе
Глава 3. Особенности намагничивания ансамблей двухфазных частиц
3.1. Механизмы перемагничивания (обзор)
3.1.1. Основные понятия
3.1.2. Перемагничивание изолированной однодоменной частицы
3.1.3. Намагничивание квазиоднодоменных и многодоменных
частиц
3.1.4. Перемагничивание ансамблей однодоменных частиц
3.2. Перемагничивание двухфазных частиц с бесконечно тонкой межфазной границей
3.2.1. Критические поля двухфазной частицы
3.2.2. Ансамбль невзаимодействующих двухфазных частиц
3.2.3. Ансамбль взаимодействующих двухфазных частиц
3.3. Перемагничивание двухфазных частиц с протяженной
межфазной границей
3.4. Выводы по главе
Заключение
Список литературы

Введение
Возникновение интереса к малым ферромагнитным частицам было во многом обусловлено созданием материалов для магнитной записи информации, представляющих собой совокупность мелкодисперсных магнитных зерен, расположенных в твердой “немагнитной” матрице. Разработка новых магнитных материалов потребовала более глубокого понимания как закономерностей образования и перестройки доменной структуры, так и особенностей поведения однодоменных частиц.
Теоретические и экспериментальные исследования малых ферромагнитных частиц полезны и для ряда естественных наук: геофизики, химии, биологии. Такие разделы геофизики, как палеомагнетизм и магнетизм горных пород, имеют дело с рассеянными в пара- или диамагнитной матрице ферромагнитными зернами, являющимися носителями естественной остаточной намагниченности, которая содержит в себе информацию о геомагнитном поле. Однодоменные частицы магнетита, упорядоченные в линейные цепочки, были обнаружены в живых организмах, в частности, в магнитотактических бактериях.
Способность как естественных, так и искусственных магнитных материалов сохранять информацию, а также возможность ее извлечения определяются многими внешними (температура, давление и т.д.) и внутренними (химический состав, форма, размер зерен) факторами. Использование свойств магнитных материалов невозможно без изучения характера физических процессов, происходящих при их намагничивании и связанных так или иначе с магнитной структурой и равновесными состояниями составляющих их малых частиц.
В большинстве теоретических работ, посвященных изучению малых ферромагнитных частиц, используется предположение об их химической однородности. Реальные частицы в зависимости от технологии получения в той или иной степени неоднородны. Прежде всего, это капсулированные частицы и частицы с модифицированным поверхностным слоем, используемые в целях повышения коэрцитивно-сти и химической устойчивости материалов для магнитной записи информации.
В естественных условиях особые свойства поверхности частиц могут быть обусловлены влиянием окружающей среды, например, процессами окисления. Хи-

тельна во всех случаях для произвольных вариаций а, (3 и у, не нарушающих условия а2+р2+у2=1. Первый шаг заключается в нахождении равновесных состояний, а второй - в проверке их устойчивости.
Окончательной целью микромагнитного моделирования является получение состояний с локальным минимумом свободной энергии, которые соответствуют физически стабильным магнитным структурам.
2.1.2 Магнитная свободная энергия
Микромагнетизм основан на феноменологических выражениях для различных вкладов в свободную энергию, при этом атомные микроскопические модели используются только для получения математического вида выражений. Константы, входящие в них, определяются из анализа экспериментальных данных. Всего есть шесть вкладов в магнитную свободную энергию [11, 26, 27, 63].
1. Энергия обменного взаимодействия. Обменное взаимодействие между спинами электронов является чисто квантовомеханическим эффектом и представляет собой особую форму кулоновского электростатического взаимодействия. Обменные силы являются близкодействующими, поэтому практически весь вклад в обменную энергию вносит взаимодействие спинов электронов, принадлежащих соседним атомам в решетке. Энергия обменного взаимодействия двух спинов в,- и в,-, расположенных под углом 0,у друг к другу, определяется формулой
УГу = -278; -в, = -2^^^ со8 0гу, (2.1)
где ./ - обменный интеграл. Если Э > 0 (ферромагнетики), то обменная энергия минимальна, когда спины одинаково направлены. Благодаря этой тенденции все соседние спины выстраиваются параллельно, в результате чего и формируется спонтанная намагниченность.
Обменное взаимодействие настолько сильное, что все дополнительно учитываемые силы оказывают лишь малое возмущающее действие на параллельность соседних спинов, поэтому в ферромагнетиках спины соседних электронов почти параллельны, то есть углы 0;/ малы. Надо заметить, что именно по этой причине ста-