Магнитная анизотропия

В конденсированного состояния физике магнитная анизотропия свойства объекта описывает, как магнитные могут различаться в зависимости от направления . объекта не существует В простейшем случае предпочтительного направления магнитного момента . Он будет реагировать на приложенное магнитное поле одинаково, независимо от того, в каком направлении оно приложено. Это известно как магнитная изотропия . Напротив, магнитно-анизотропные материалы будет легче или труднее намагничиваться в зависимости от того, в какую сторону вращается объект.

Для большинства магнитно-анизотропных материалов есть два самых простых направления намагничивания материала, которые поворачиваются на 180 ° друг от друга. Линия, параллельная этим направлениям, называется легкой осью . Другими словами, легкая ось — это энергетически выгодное направление спонтанной намагниченности . Поскольку два противоположных направления вдоль легкой оси обычно одинаково легко намагничиваются, фактическое направление намагничивания может так же легко установиться в любом направлении, что является примером спонтанного нарушения симметрии .

Магнитная анизотропия является предпосылкой гистерезиса в ферромагнетиках : без нее ферромагнетик является суперпарамагнетиком . ^[1]

Источники

Наблюдаемая магнитная анизотропия в объекте может возникать по нескольким различным причинам. Общая магнитная анизотропия данного объекта не имеет единой причины, а часто объясняется комбинацией этих различных факторов: ^[2]

Магнитокристаллическая анизотропия: Атомная структура кристалла определяет преимущественные направления намагниченности .
Анизотропия формы: Когда частица не является идеально сферической, размагничивающее поле не будет одинаковым для всех направлений, создавая одну или несколько легких осей.
Магнитоупругая анизотропия: Напряжение может изменить магнитное поведение, что приведет к магнитной анизотропии.
Обменная анизотропия: Возникает при взаимодействии антиферромагнитных и ферромагнитных материалов. ^[3]

На молекулярном уровне

магнитная анизотропия бензольного кольца (А), алкена (Б), карбонила (В), алкина На рисунке показана (Г) и более сложной молекулы (Е). Каждая из этих ненасыщенных функциональных групп (AD) создает крошечное магнитное поле и, следовательно, некоторые локальные анизотропные области (показаны в виде конусов), в которых эффекты экранирования и химические сдвиги необычны. Бисазосоединение (E) показывает, что обозначенный протон {H} может появляться с разными химическими сдвигами в зависимости от состояния фотоизомеризации азогрупп. ^[4] Транс - изомер удерживает протон {H} далеко от конуса бензольного кольца, поэтому магнитная анизотропия отсутствует. Цис - форма удерживает протон {H} вблизи конуса, экранирует его и уменьшает его химический сдвиг. ^[4] Это явление обеспечивает появление нового набора ядерных взаимодействий эффекта Оверхаузера (NOE) (показано красным), которые возникают в дополнение к ранее существовавшим (показано синим цветом).

Однодоменный магнит

Предположим, что ферромагнетик в строгом смысле однодоменный : намагниченность однородна и вращается синхронно. Если момент магнитный ${\boldsymbol {\mu }}$ а объем частицы $V$ , намагниченность $\mathbf {M} ={\boldsymbol {\mu }}/V=M_{s}\left(\alpha ,\beta ,\gamma \right)$ , где $M_{s}$ – намагниченность насыщения и $\alpha ,\beta ,\gamma$ являются направляющими косинусами (компонентами единичного вектора ), поэтому $\alpha ^{2}+\beta ^{2}+\gamma ^{2}=1$ . Энергия, связанная с магнитной анизотропией, может зависеть от направляющих косинусов различными способами, наиболее распространенные из которых обсуждаются ниже.

Одноосный

Магнитная частица с одноосной анизотропией имеет одну легкую ось. Если легкая ось находится в $z$ направлении энергия анизотропии может быть выражена в одной из форм:

E=KV\left(1-\gamma ^{2}\right)=KV\sin ^{2}\theta ,

где $V$ это объем, $K$ константа анизотропии и $\theta$ угол между легкой осью и намагниченностью частицы. Если явно учитывать анизотропию формы, символ ${\mathcal {N}}$ часто используется для обозначения константы анизотропии вместо $K$ . В широко используемой модели Стонера–Вольфарта анизотропия одноосная.

Трехосный

Магнитная частица с трехосной анизотропией все еще имеет одну легкую ось, но у нее также есть жесткая ось (направление максимальной энергии) и промежуточная ось (направление, связанное с седловой точкой энергии). Координаты можно выбрать так, чтобы энергия имела вид

E=K_{a}V\alpha ^{2}+K_{b}V\beta ^{2}.

Если $K_{a}>K_{b}>0,$ легкая ось - это $z$ направлении, промежуточная ось — это $y$ направление, а жесткая ось — это $x$ направление. ^[5]

Кубический

Магнитная частица с кубической анизотропией имеет три или четыре легких оси в зависимости от параметров анизотропии. Энергия имеет вид

E=KV\left(\alpha ^{2}\beta ^{2}+\beta ^{2}\gamma ^{2}+\gamma ^{2}\alpha ^{2}\right).

Если $K>0,$ легкие топоры - это $x,y,$ и $z$ оси. Если $K<0,$ есть четыре простых оси, характеризующиеся $x=\pm y=\pm z$ .

См. также

Анизотропия флуоресценции

Ссылки

^ Ахарони, Амикам (1996). Введение в теорию ферромагнетизма . Кларендон Пресс . ISBN 978-0-19-851791-7 .
^ Маккейг, Малькольм (1977). Постоянные магниты в теории и практике . Пентек пресс. ISBN 978-0-7273-1604-2 .
^ Мейкледжон, штат Вашингтон; Бин, CP (3 февраля 1957 г.). «Новая магнитная анизотропия». Физический обзор . 105 (3): 904–913. Бибкод : 1957PhRv..105..904M . дои : 10.1103/PhysRev.105.904 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Казем-Ростами, Масуд; Ахмедов, Новруз Г.; Фарамарзи, Садег (2019). «Спектроскопические и компьютерные исследования фотоизомеризации аналогов основания Трёгера бисазо». Журнал молекулярной структуры . 1178 : 538–543. Бибкод : 2019JMoSt1178..538K . doi : 10.1016/j.molstruc.2018.10.071 . S2CID 105312344 .
^ Донахью, Майкл Дж.; Портер, Дональд Г. (2002). «Анализ переключений в однородно намагниченных телах». Транзакции IEEE по магнетизму . 38 (5): 2468–2470. Бибкод : 2002ITM....38.2468D . CiteSeerX 10.1.1.6.6007 . дои : 10.1109/TMAG.2002.803616 .

Дальнейшее чтение

Тябликов, С.В. (1995). Методы квантовой теории магнетизма (перевод на английский) (1-е изд.). Спрингер . ISBN 978-0-306-30263-3 .

[1] Ахарони, Амикам (1996). Введение в теорию ферромагнетизма . Кларендон Пресс . ISBN 978-0-19-851791-7 .

[2] Маккейг, Малькольм (1977). Постоянные магниты в теории и практике . Пентек пресс. ISBN 978-0-7273-1604-2 .

[3] Мейкледжон, штат Вашингтон; Бин, CP (3 февраля 1957 г.). «Новая магнитная анизотропия». Физический обзор . 105 (3): 904–913. Бибкод : 1957PhRv..105..904M . дои : 10.1103/PhysRev.105.904 .

[:0-4] Перейти обратно: ^а ^б Казем-Ростами, Масуд; Ахмедов, Новруз Г.; Фарамарзи, Садег (2019). «Спектроскопические и компьютерные исследования фотоизомеризации аналогов основания Трёгера бисазо». Журнал молекулярной структуры . 1178 : 538–543. Бибкод : 2019JMoSt1178..538K . doi : 10.1016/j.molstruc.2018.10.071 . S2CID 105312344 .

[5] Донахью, Майкл Дж.; Портер, Дональд Г. (2002). «Анализ переключений в однородно намагниченных телах». Транзакции IEEE по магнетизму . 38 (5): 2468–2470. Бибкод : 2002ITM....38.2468D . CiteSeerX 10.1.1.6.6007 . дои : 10.1109/TMAG.2002.803616 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]