МАГНИТОСТРИ́КЦИЯ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
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.
Константы магнитострикции для некоторых веществ при комнатной температуре | ||
Вещество | λ100·106 | λ111·106 |
Fe | 20,7 | –21,2 |
Ni | –45,9 | –24,3 |
Fe3O4 | –20 | 78 |
Fe0,8Co2,2O4 | –590 | 120 |
NiFe2O4 | –42 | –14 |
Mn0,6Fe2,4O4 | –5 | 45 |
Y3Fe5O12 | –1,4 | –2,4 |
Sm3Fe5O12 | 21 | –8,5 |
Tb3Fe5O12 | –3,3 | 12 |
Dy3Fe5O12 | –12,5 | –5,9 |
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.