Магнитострикция
Гигантская анизотропная магнитострикция
В 1961—1965 годах было установлено, что анизотропная магнитострикция редкоземельных металлов тербия Tb, диспрозия Dy, их сплавов и ферритов-гранатов при низких температурах превышает анизотропную магнитострикцию железа, кобальта, никеля и их сплавов в десятки, сотни и даже тысячи раз (в монокристаллах). Несколько позд такая гигантская магнитострикция[1] была обнаружена в так называемых интерметаллических соединениях TbFe2 и DyFe2. В них эта магнитострикция реализуется не только при низких температурах, но и выше комнатных температур.
В табл. 1 приведены результаты измерения продольной магнитострикции насыщения (λs)11 (то есть в полях H = Hs) при температуре жидкого азота 78 К в поликристаллах Tb и Dy (для сравнения даны соответствующие значения (λs)11 для поликристаллов Fe, Co и Ni).
Огромных величин достигает λs в гексагональных кристаллах Tb и Dy (табл. 2). При этом она особенно велика вдоль гексагональной оси c и несколько меньше вдоль a. (На рис. 4, а показаны направления этих осей.) Видно, что эти значения в сотни раз больше, чем в кристалле Ni. (На рис. 4, б показаны направления осей кубического кристалла Ni символами [111], [100] и [110].)
На рис. 5 представлены кривые магнитострикции λ(Н) гексагонального монокристалла Tb вдоль его оси c и в базисной плоскости при разных температурах.
В поле, приложенном в базисной плоскости, магнитострикция сравнительно быстро стремится к насыщению (рис. 5, а), тогда как в направлении гексагональной оси c тенденция к насыщению не обнаруживается даже в очень сильном поле (Н= 150 кЭ).
|
|
Анализ приведенных результатов измерений показал, что за гигантскую магнитострикцию в Tb и Dy ответственны два механизма: одноионная маг-нитострикция и обменная магнитострикция (возникающая вдоль оси c, так как в этом направлении обменное взаимодействие сильно зависит от межатомного расстояния).
Было обнаружено, что ряд ферритов-гранатов R3Fe5O12 (R = Tb, Dy, Ho) в области гелиевых и азотных температур обладает гигантской магнитострикцией (порядка 10-3).
В табл. 3 приведены результаты измерений ее в кристаллах этих веществ. Видно, что она носит также анизотропный характер в направлениях [100] и [111] и возникает, как и в металлах Tb и Dy, за счет механизма одноионной анизотропии. Дело в том, что в ионах Tb, Dy (и других редкоземельных ионах) ответственная за магнетизм 4f-электронная оболочка находится в "глубине" иона; выше располагаются другие оболочки, которые экранируют ее от действия внутрикристаллического поля, в результате чего орбитальный момент Морб не замораживается этим полем. Более подробные сведения о гигантской анизотропной магнитострикции в редкоземельных магнетиках приведены в монографии.
Необычайно высокая анизотропная магнитострикция наблюдалась в актинидных магнетиках (урановых, нептуниевых и др.). Так, в соединениях US при Т= 4,2 К величина λ[Ш] = 7000 • 10-6, а в NpFe2 λ[П1] = -8000 • 10-б. В этих соединениях, так же как и в редкоземельных магнетиках, ответственны за возникновение гигантской анизотропной магнитострикции орбитальные магнитные моменты 5f-оболочек.
Список литературы
1.Белов К.П., Левитин Р.З., Никитин С.А. // Физика металлов и металловедение. 1961. Т. 11. С. 948.
2.Белов К.П., Соколов В.И. //Журн. эксперим. и теорет. физики. 1965. Т. 48. С. 979.
3.Белов К.П. Магнитострикционные явления и их технические приложения. М.: Наука, 1987.
4.Cоросовский образовательный журнал , Физика, №3, 1998.
[1] Гигантская магнитострикция в редкоземельных магнетиках (и в некоторых соединениях урана) была открыта в 1961 году в Московском университете при участии будущих Соросовских профессоров Р.З. Левитина, С.А. Никитина и автора настоящей статьи (диплом на открытие № 225 по Госреестру СССР, 1980).