Асперомагнетизм

Асперомагнети́зм — магнитное состояние магнетиков, в которых локализованные магнитные моменты ниже температуры упорядочивания ориентированы случайным образом, но с преимущественной ориентацией вдоль некоторого направления.

Физические основы

Файл:Асперомагнетизм.svg

Рис. 1. Асперомагнитная система векторов намагниченности (стрелками обозначены магнитные моменты)

В асперомагнитных системах средние значения проекций векторов намагниченности на выделенную ось (направление) не равны нулю, вследствие чего в таких системах возникает спонтанная намагниченность. В этом случае происходит нарушение сферической симметрии распределения случайных ориентаций магнитных моментов, свойственное сперомагнетикам. Асперомагнетизм иногда называют неколлинеарным ферромагнетизмом — промежуточным состоянием между спиновым стеклом и коллинеарным ферромагнетизмом.

Асперомагнетизм является метастабильным состоянием магнетика, характеризующимся двумя возможными типами состояния.

В состоянии первого типа случайная анизотропия превышает величину положительного обменного взаимодействия, что приводит к «заморозке» направлений магнитных моментов. Такая ситуация характерна для редкоземельных элементов и систем, состоящих из них, например, ${\ce {Dy - Cu}}$, ${\ce {Tb - Ag}}$, и др. В идеальном случае намагниченность асперомагнетика равна половине намагниченности идеального ферромагнетика. Во внешних магнитных полях магнитные моменты выстраиваются в направлении, близком к направлению вектора напряжённости внешнего магнитного поля, выстраиваясь в некоторый телесный конус (как на рисунке 1). Кривые намагниченности для этого типа асперомагнетиков близки к поведению ферромагнитного типа. При увеличении напряжённости внешнего магнитного поля происходит эффект сжатия конуса векторов намагниченности, напоминая складывающийся веер. Такое поведение наблюдалось для стягивания доменов в ${\ce {DyNi3}}$.

В состоянии второго типа обменное взаимодействие превышает величину магнитной анизотропии, и асперомагнетик становится ближе к ферромагнетику. Такими свойствами обладают, в частности, ${\ce {YFe3}}$, ${\ce {CdAg}}$, и т. д. При понижении температуры в таких системах происходит замораживание направлений магнитных моментов и возникает спонтанная намагниченность. Каждый магнитный домен в асперомагнетике в этом случае можно рассматривать как один магнит с определённой ориентацией магнитного момента, а совокупность таких магнитов обладает большой устойчивостью к внешним магнитным полям, и кривая намагниченности не испытывает насыщения. Для ${\ce {YFe3}}$ насыщение не происходит даже во внешних магнитных полях с напряжённостью порядка 15 Тесла.

Асперомагнетизм проявляется в аморфных кристаллах и материалах (${\ce {GdPAl}}$, ${\ce {GdPAg}}$), соединениях $4f$- и $3d$-элементов, сплавах типа ${\ce {TbPAg}}$, ${\ce {DyPNi}}$, нанокристаллических плёнках ${\ce {Cd}}$, полученных методом ионного распыления, и др.

Файл:Асперомагнетизм Таблица.svg

Рис. 2. Взаимосвязь между разновидностями магнетизма (по К. М. Хёрду)

На рисунке 2 показана взаимосвязь разновидностей магнетизма согласно классификации К. М. Хёрда.

Асперимагнетики применяются в технике, медицине, системах автоматического управления, магнитных покрытиях, компонентах, устройствах и методах неразрушающего контроля.

Литература

• Бозорт Р. М. Ферромагнетизм. — Москва : Изд. иностранной литературы, 1956.
• Mattis D. С. The theory of magnetism. — Berlin: Springer-Verlag, 1981.
• Хёрд К. М. Многообразие видов магнитного упорядочения в твёрдых телах. // Успехи физических наук, 1984, Т. 142, № 2, C. 331—355.
• Вонсовский С. В. Магнетизм. — Москва : Наука, 1984.
• Преображенский А. А., Бишард Е. Г. Магнитные материалы и элементы : учебник для вузов. — Москва : Высшая школа, 1986.
• Зайкова В. А., Старцева И. Е., Филиппов Б. Н. Доменная структура и магнитные свойства электротехнических сталей. — Москва : Наука, 1992.

Ссылки

• [Pletnyov_S._V. Магнитное поле: Свойства и применение]

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Асперомагнетизм», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Асперомагнетизм» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».