МАГНИТОСТРИ́КЦИЯ

МАГНИТОСТРИ́КЦИЯ (от маг­нит и лат. strictio – сжа­тие), из­ме­не­ние фор­мы и раз­ме­ров те­ла при из­ме­не­нии его маг­нит­но­го со­стоя­ния, напр. в ре­зуль­та­те на­маг­ни­чи­ва­ния или фа­зо­во­го пе­ре­хо­да. Яв­ле­ние М. от­кры­то Дж. Джо­улем в 1842. По­яв­ле­ние спон­тан­ной на­маг­ни­чен­но­сти при ох­ла­ж­де­нии фер­ро­маг­не­ти­ка или фер­ри­маг­не­ти­ка ни­же Кю­ри точ­ки со­про­во­ж­да­ет­ся по­яв­ле­ни­ем спон­тан­ных де­фор­ма­ций кри­стал­лич. ре­шёт­ки (спон­тан­ная М.). В бо­лее об­щем смыс­ле под М. по­ни­ма­ют лю­бые ис­ка­же­ния кри­стал­лич. ре­шёт­ки, свя­зан­ные с из­ме­не­ни­ем маг­нит­но­го со­стоя­ния ве­ще­ст­ва.

Мо­гут про­ис­хо­дить как из­ме­не­ния δl ли­ней­ных раз­ме­ров l об­раз­ца в к.-л. на­прав­ле­нии (ли­ней­ная М., ха­рак­те­ри­зу­ет­ся ве­ли­чи­ной δl/l), так и из­ме­не­ния δV объ­ё­ма V об­раз­ца (объ­ём­ная М., опи­сы­ва­ет­ся ве­ли­чи­ной δV/V). Раз­ли­ча­ют так­же про­доль­ную и по­пе­реч­ную ли­ней­ные M. (из­ме­не­ние ли­ней­ных раз­ме­ров об­раз­ца вдоль и по­пе­рёк на­маг­ни­чи­ваю­ще­го по­ля Н). Ве­ли­чи­на δl/l ма­ла и в за­ви­си­мо­сти от кон­крет­но­го ве­ще­ст­ва из­ме­ня­ет­ся в пре­де­лах 10^–6- 10^–2. Не­смот­ря на это, она иг­ра­ет су­ще­ст­вен­ную роль как в об­ра­зо­ва­нии маг­нит­ных до­мен­ных струк­тур и фор­ми­ро­ва­нии маг­нит­ных свойств ве­ще­ст­ва, так и во мно­гих тех­нич. при­ло­же­ни­ях (маг­ни­то­ст­рик­ци­он­ные из­лу­ча­те­ли и при­ём­ни­ки УЗ-волн, ли­нии за­держ­ки, фильт­ры час­то­ты в ра­дио­тех­нич. уст­рой­ст­вах и т. п.).

Наи­боль­шая М. на­блю­да­ет­ся в ред­ко­зе­мель­ных ме­тал­лах, а так­же их спла­вах и со­еди­не­ни­ях, напр. в TbFe₂ и DyFe₂ δl/l ≈ 10^–3–10^–2 (в за­ви­си­мо­сти от ве­ли­чи­ны Н). Очень ма­лень­кая М. в ан­ти­фер­ро­маг­не­ти­ках; М. прак­ти­че­ски от­сут­ст­ву­ет в па­ра­маг­не­ти­ках и диа­маг­не­ти­ках.

Спон­тан­ная М. за­ви­сит от ве­ли­чи­ны и на­прав­ле­ния на­маг­ни­чен­но­сти M маг­не­ти­ка, но не ме­ня­ет­ся при за­ме­не M на -M (чёт­ный эф­фект). Раз­ли­ча­ют изо­троп­ную и ани­зо­троп­ную час­ти М. В ку­бич. кри­стал­лах ани­зо­троп­ная часть М. при­бли­жён­но мо­жет быть оха­рак­те­ри­зо­ва­на дву­мя кон­стан­та­ми λ₁₀₀, λ₁₁₁ (от­но­сит. рас­тя­же­ния кри­стал­ла в на­прав­ле­ни­ях [100] и [111] при на­маг­ни­чи­ва­нии в тех же на­прав­ле­ни­ях). Кон­стан­ты λ₁₀₀, λ₁₁₁ мо­гут быть как по­ло­жи­тель­ны­ми, так и от­ри­ца­тель­ны­ми (табл.). Знак и ве­ли­чи­на М. за­ви­сят от со­ста­ва ве­ще­ст­ва, темп-ры, кри­стал­ло­гра­фич. тек­сту­ры, при­ме­сей, тер­мо­об­ра­бот­ки и др.

При на­ли­чии маг­нит­ной до­мен­ной струк­ту­ры при Н = 0 сред­няя по об­раз­цу М. мо­жет ока­зать­ся рав­ной ну­лю. Ес­ли, ис­хо­дя из та­ко­го со­стоя­ния, уве­ли­чи­вать Н, М. бу­дет из­ме­нять­ся, опи­сы­вая не­кую кри­вую (кри­вая М.), по­ка не дос­тиг­нет на­сы­ще­ния (М. на­сы­ще­ния). Даль­ней­шее уве­ли­че­ние по­ля при­во­дит к не­боль­шо­му из­ме­не­нию на­маг­ни­чен­но­сти, свя­зан­но­му с из­ме­не­ни­ем её мо­ду­ля (ис­тин­ное на­маг­ни­чи­ва­ние, или па­ра­про­цесс). М., свя­зан­ную с этим на­маг­ни­чи­ва­ни­ем, на­зы­ва­ют вы­ну­ж­ден­ной, ис­тин­ной, или М. па­ра­про­цес­са. Ес­ли по­сле на­маг­ни­чи­ва­ния об­раз­ца на­чать умень­шать Н, то кри­вая М. мо­жет не сов­па­дать с пер­во­на­чаль­ной кри­вой (гис­те­ре­зис М.).

Объ­ём­ная М. обыч­но ма­ла. Од­на­ко в по­лях на­пря­жён­но­стью ок. 1 МА/м она ста­но­вит­ся су­ще­ст­вен­ной (δV/V ≈ 1,9·10^–6 для Fe). Объ­ём­ная М. иг­ра­ет боль­шую роль в фор­ми­ро­ва­нии ано­маль­ной тем­пе­ра­тур­ной за­ви­си­мо­сти ко­эф. те­п­ло­во­го рас­ши­ре­ния ни­ке­ля и ин­ва­ров.

Экс­пе­ри­мен­таль­но об­на­ру­же­но так­же, что ес­ли об­раз­цы од­но­го и то­го же ве­ще­ст­ва име­ют раз­ную фор­му, то их от­но­сит. де­фор­ма­ции при про­чих рав­ных ус­ло­ви­ях ока­зы­ва­ют­ся раз­ны­ми – т. н. маг­ни­то­ст­рик­ци­он­ный эф­фект фор­мы. Он зна­чи­те­лен толь­ко в об­раз­цах с боль­шим раз­маг­ни­чи­ваю­щим фак­то­ром.

М. яв­ля­ет­ся след­ст­ви­ем за­ви­си­мо­сти час­ти энер­гии маг­не­ти­ка, свя­зан­ной с об­мен­ным и ре­ля­ти­ви­ст­ски­ми спин-спи­новым и спин-ор­би­таль­ным взаи­мо­дей­ст­вия­ми, от де­фор­ма­ций. Де­фор­ма­ции ре­шёт­ки при­во­дят к из­ме­не­нию от­но­сит. рас­по­ло­же­ния ато­мов, что от­ра­жа­ет­ся на ука­зан­ных взаи­мо­дей­ст­ви­ях. Хо­тя об­мен­ное взаи­мо­дей­ст­вие пре­вос­хо­дит по ве­ли­чи­не ре­ля­ти­ви­ст­ские, тем не ме­нее вклад от не­го в М. ока­зы­ва­ет­ся или срав­нимым (маг­ни­то­од­но­ос­ные кри­стал­лы), или да­же мень­шим (маг­ни­том­но­го­ос­ные кри­стал­лы) вкла­да, обу­слов­лен­но­го ре­ля­ти­ви­ст­ски­ми взаи­мо­дей­ст­вия­ми. Это свя­за­но с тем, что из­ме­не­ние об­мен­но­го взаи­мо­дей­ст­вия мо­жет про­ис­хо­дить лишь бла­го­да­ря из­ме­не­нию аб­со­лют­ной ве­ли­чи­ны M (па­ра­про­цесс), а не её на­прав­ле­ния. В свою оче­редь, из­ме­не­ние ве­ли­чи­ны M мо­жет осу­ще­ст­в­лять­ся толь­ко в дос­та­точ­но силь­ных маг­нит­ных по­лях, бо­лее силь­ных, чем по­ля, не­об­хо­ди­мые для из­ме­не­ния на­прав­ле­ния M, осо­бен­но ес­ли кри­сталл име­ет ку­бич. сим­мет­рию.

При де­фор­ми­ро­ва­нии фер­ро- и фер­ри­маг­нит­ных об­раз­цов в них мо­жет про­ис­хо­дить из­ме­не­ние намагниченноcти. Этот эф­фект, об­рат­ный М., на­зы­ва­ют маг­ни­то­уп­ру­гим эф­фек­том или Вил­ла­ри эф­фек­том.