Магнитная анизотропия

Магни́тная анизотропи́я

Неодинаковость магнитных свойств тел по различным направлениям. Причина М. а. заключается в анизотропном характере магнитного взаимодействия между атомными носителями магнитного момента в веществах. В изотропных газах, жидкостях, поликристаллических твёрдых телах М. а. в макромасштабе не проявляется. Напротив, в монокристаллах М. а. приводит к большим наблюдаемым эффектам, например к различию величины магнитной восприимчивости парамагнетиков вдоль различных направлений в кристалле. Особенно велика М. а. в монокристаллах ферромагнетиков, где она проявляется в наличии осей лёгкого намагничивания (См. Ось лёгкого намагничивания), вдоль которых направлены векторы самопроизвольной намагниченности J_s ферромагнитных доменов (См. Домены). Мерой М. а. для данного направления в кристалле является работа намагничивания внешнего магнитного поля, необходимая для поворота вектора J_s из положения вдоль оси наиболее лёгкого намагничивания в новое положение — вдоль внешнего поля. Эта работа при постоянной температуре определяет свободную энергию (См. Свободная энергия) М. а. F_aн для данного направления (см. Ферромагнетизм). Зависимость F_aн от ориентации J_s в кристалле определяется из соображений симметрии. Например, для кубических кристаллов:

,

где α₁, α₂, α₃ — направляющие косинусы J_s относительно осей кристалла [100] (рис.), K₁ — первая константа естественной кристаллографической М. а. Величина и знак её определяются атомной структурой вещества, а также зависят от температуры, давления и т.п. Например, в железе при комнатной температуре K₁ ~ 10⁵ эрг/см³ (10⁴ дж/м³), а в никеле K₁ ~ —10⁴ эрг/см³ (—10³ дж/м³). С ростом температуры эти величины уменьшаются, стремясь к нулю в Кюри точке (См. Кюри точка). У антиферромагнетиков, ввиду наличия у них не менее двух магнитных подрешёток (J₁ и J₂), имеется, по крайней мере, две константы М. а. Для одноосного антиферромагнитного кристалла F_ан записывается в виде

(z — направление оси М. а.). Значения констант а и b того же порядка, что и у ферромагнетиков. У антиферромагнетиков наблюдается большая анизотропия магнитной восприимчивости (См. Магнитная восприимчивость) χ; вдоль оси лёгкого намагничивания χ стремится с понижением температуры к нулю, а в перпендикулярном к оси направлении (ниже Нееля точки (См. Нееля точка)) χ не зависит от температуры.

Экспериментально константы М. а. могут быть определены из сопоставления значений энергии М. а. для различных кристаллографических направлений. Другой метод определения констант М. а. сводится к измерению моментов вращения, действующих на диски из ферромагнитных монокристаллов во внешнем поле (см. Анизометр магнитный), так как эти моменты пропорциональны константам М. а. Наконец, эти константы можно определить графически по площади, ограниченной кривыми намагничивания ферромагнитных кристаллов и осью намагниченности, ибо эта площадь также пропорциональна константам М. а. Значения констант М. а. могут быть определены также из данных по электронному парамагнитному резонансу (См. Электронный парамагнитный резонанс) (для парамагнетиков), по ферромагнитному резонансу (См. Ферромагнитный резонанс) (для ферромагнетиков) и по антиферромагнитному резонансу (См. Антиферромагнитный резонанс) (для антиферромагнетиков). Вследствие магнитострикции (См. Магнитострикция) в магнетиках наряду с естественной кристаллографической М. а. наблюдается также магнитоупругая анизотропия, которая возникает при наложении на образец внешних односторонних напряжений. В поликристаллах, при наличии в них текстуры магнитной (См. Текстура магнитная) или текстуры (См. Текстура) кристаллографической, также проявляется М. а.

Лит.: Акулов Н. С., Ферромагнетизм, М. — Л., 1939; Бозорт Р, Ферромагнетизм, перевод с английского, М., 1956; Вонсовский С. В. и Шур Я. С., Ферромагнетизм, М. — Л., 1948; Вонсовский С. В., Магнетизм, М, 1971.

С. В. Вонсовский.

Магнитная анизотропия кубических монокристаллов железа. Приведены кривые намагничивания для трёх главных кристаллографических осей [100], [110] и [111] ячейки кристалла железа; J — намагниченность, Н — напряжённость намагничивающего поля.