В физике конденсированных сред , магнитная анизотропия описывает , как объекта магнитные свойства могут быть различными в зависимости от направления . В простейшем случае нет предпочтительного направления для магнитного момента объекта . Он будет одинаково реагировать на приложенное магнитное поле , независимо от того, в каком направлении оно приложено. Это известно как магнитная изотропия . Напротив, магнитоанизотропные материалы будет легче или сложнее намагнитить в зависимости от того, как вращается объект.
Для большинства магнитоанизотропных материалов существует два самых простых направления намагничивания материала, которые находятся на 180 ° друг от друга. Прямая, параллельная этим направлениям, называется легкой осью . Другими словами, легкая ось - это энергетически выгодное направление спонтанного намагничивания . Поскольку два противоположных направления вдоль легкой оси обычно одинаково легко намагничивать вдоль, и фактическое направление намагничивания может так же легко устанавливаться в любом направлении, что является примером спонтанного нарушения симметрии .
Магнитная анизотропия является предпосылкой гистерезиса в ферромагнетиках : без нее ферромагнетик суперпарамагнитен . [1]
Источники
Наблюдаемая магнитная анизотропия в объекте может происходить по нескольким различным причинам. Общая магнитная анизотропия данного объекта часто объясняется не единственной причиной, а комбинацией этих различных факторов: [2]
- Магнитокристаллическая анизотропия
- Атомная структура кристалла вводит преимущественные направления намагничивания .
- Анизотропия формы
- Когда частица не является идеально сферической, размагничивающее поле не будет одинаковым для всех направлений, создавая одну или несколько простых осей.
- Магнитоупругая анизотропия
- Напряжение может изменить магнитное поведение, что приведет к магнитной анизотропии.
- Обменная анизотропия
- Возникает при взаимодействии антиферромагнетиков и ферромагнетиков . [3]
На молекулярном уровне
Магнитная анизотропия бензольного кольца (A), алкена (B), карбонила (C), алкина (D) и более сложной молекулы (E) показаны на рисунке. Каждая из этих ненасыщенных функциональных групп (AD) создает крошечное магнитное поле и, следовательно, некоторые локальные анизотропные области (показанные в виде конусов), в которых эффекты экранирования и химические сдвиги необычны. Бисазосоединение (E) показывает, что обозначенный протон {H} может появляться при различных химических сдвигах в зависимости от состояния фотоизомеризации азогрупп. [4] транс - изомер имеет протон {H} далеко от конуса бензольного кольца , таким образом , магнитная анизотропия нет. В то время как цис- форма удерживает протон {H} вблизи конуса, экранирует его и уменьшает его химический сдвиг. [4] Это явление делает возможным новый набор взаимодействий ядерного эффекта Оверхаузера (NOE) (показано красным), которые появляются в дополнение к ранее существовавшим (показаны синим).
Однодоменный магнит
Предположим, что ферромагнетик является однодоменным в самом строгом смысле слова: намагниченность однородна и вращается в унисон. Если магнитный момент является а объем частицы равен , намагниченность , где - намагниченность насыщения и- направляющие косинусы (компоненты единичного вектора ), поэтому. Энергия, связанная с магнитной анизотропией, может по-разному зависеть от направляющих косинусов, наиболее распространенные из которых обсуждаются ниже.
Одноосный
Магнитная частица с одноосной анизотропией имеет одну легкую ось. Если легкая ось находится вв направлении, энергия анизотропии может быть выражена в одной из форм:
где объем, константа анизотропии, и угол между легкой осью и намагниченностью частицы. При явном учете анизотропии формы символ часто используется для обозначения константы анизотропии вместо . В широко используемой модели Стонера – Вольфарта анизотропия одноосная.
Трехосный
Магнитная частица с трехосной анизотропией все еще имеет одну легкую ось, но также имеет жесткую ось (направление максимальной энергии) и промежуточную ось (направление, связанное с седловой точкой в энергии). Координаты можно выбрать так, чтобы энергия имела вид
Если легкая ось - это направление, промежуточная ось - это направление, а жесткая ось - это направление. [5]
Кубический
Магнитная частица с кубической анизотропией имеет три или четыре легкие оси в зависимости от параметров анизотропии. Энергия имеет вид
Если легкие топоры а также топоры. Если есть четыре простых оси, характеризующихся .
Рекомендации
- ^ Aharoni, Амики (1996). Введение в теорию ферромагнетизма . Кларендон Пресс . ISBN 978-0-19-851791-7.
- ^ Маккейг, Малкольм (1977). Постоянные магниты в теории и на практике . Pentech press. ISBN 978-0-7273-1604-2.
- ^ Meiklejohn, WH; Бин, CP (1957-02-03). «Новая магнитная анизотропия». Физический обзор . 105 (3): 904–913. Bibcode : 1957PhRv..105..904M . DOI : 10.1103 / PhysRev.105.904 .
- ^ а б Казем-Ростами, Масуд; Ахмедов, Новруз Г .; Фарамарзи, Садех (2019). «Спектроскопические и компьютерные исследования фотоизомеризации бисазо аналогов основания Трегера». Журнал молекулярной структуры . 1178 : 538–543. Bibcode : 2019JMoSt1178..538K . DOI : 10.1016 / j.molstruc.2018.10.071 .
- ^ Донахью, Майкл Дж .; Портер, Дональд Г. (2002). «Анализ переключений в однородно намагниченных телах». IEEE Transactions on Magnetics . 38 (5): 2468–2470. Bibcode : 2002ITM .... 38.2468D . CiteSeerX 10.1.1.6.6007 . DOI : 10,1109 / TMAG.2002.803616 .
дальнейшее чтение
- Тябликов, С.В. (1995). Методы квантовой теории магнетизма (пер. На английский) (1-е изд.). Springer . ISBN 978-0-306-30263-3.