D磁性物理基礎(chǔ)-磁晶各向異性與磁致伸縮

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1、D磁性物理基礎(chǔ)磁晶各向異性與磁致伸縮一、磁晶各向異性三、磁晶各向異性的機(jī)理二、磁晶各向異性常數(shù)的測量方法四、磁致伸縮五、磁致伸縮的機(jī)理六、磁致伸縮的測量方法七、感生磁各向異性八、非晶態(tài)序言：在磁性物質(zhì)中，自發(fā)磁化主要來源于自旋間的交換作用，這種交換作用本質(zhì)上是各向同性的，如果沒有附加的相互作用存在，在晶體中，自發(fā)磁化強(qiáng)度可以指向任意方向而不改變體系的內(nèi)能。實際上在磁性材料中，自發(fā)磁化強(qiáng)度總是處于一個或幾個特定方向，該方向稱為易軸。當(dāng)施加外場時，磁化強(qiáng)度才能從易軸方向轉(zhuǎn)出，此現(xiàn)象稱為磁晶各向異性。一、磁晶各向異性[100][110][111]立方晶系各向異性能可用磁化強(qiáng)度矢量相對于三個

2、立方邊的方向余弦(?1,?2,?3)耒表示。在該類晶體中，由于高對稱性存在很多等效方向，沿著這些方向磁化時，磁晶各向異性能的數(shù)值相等。從圖中看到，在位于八分之一單位球上的點(diǎn)A1、A2、B1、B2、C1、C2所表示的方向上，各向異性能數(shù)值均相等。由于立方晶體的高對稱性，各向異性能可用一個簡單的方法耒表示：將各向異性能用含?1,?2,?3(方向余弦)的多項式展開。因為磁化強(qiáng)度矢量對任何一個?i改變符號后均與原來的等效,表達(dá)或中含?i的奇數(shù)次冪的項必然為0。又由于任意兩個?i互相交換，表達(dá)式也必須不變，所以對任何l、m、n的組合及任何i、j、k的交換，?i2l?j2m?k2n形式的項的系數(shù)

3、必須相等。因此，第一項?12+?22+?32=1。因此EA可表示為1、立方晶系的磁晶各向異性A.磁晶各向異性能：xyz?Is(?1?2?3)[100]：?1=1,?2=0,?3=0EA=0???[110]：?1=0,EA=K1/4[111]：EA=K1/3+K2/27Fe:K1=4.72x104Jm-3K2=-0.075x104Jm-3Ni:K1=-5.7x103Jm-3K2=-2.3x103Jm-3K1,K2分別為磁晶各向異性常數(shù)，求幾個特征方向的各向異性能，[001][110][111]在不施加外磁場時，磁化強(qiáng)度的方向處在易磁化軸方向上，因此相當(dāng)于在易磁化軸方向上有一個等效磁場H

4、A。圖中看到當(dāng)[100]方向為易磁化軸和[111]方向為易磁化軸的各向異性能的空間分布狀況。xyz??Is當(dāng)從z軸轉(zhuǎn)出?角，由于z軸是易磁化軸，等效一個磁場HA,這樣就產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)矩?1,?2,?3用?,?耒表示,并代入EA,,用上式求HAa.<100>易軸B.磁晶各向異性場：K:Jm-3(m-1.kg.S-2)Is:T(kg.S-2.A-1)K/Is=Am-1b.<110>易軸：磁化強(qiáng)度的有利轉(zhuǎn)動晶面分別是(100)和(110)面xyzHA<011>Is(1)在(100)面上，Is轉(zhuǎn)動求HA(100)?得到HAxyzIs?(2)在(110)面上，Is從HA轉(zhuǎn)出?角，用轉(zhuǎn)矩求HA<11

5、0>C.<111>為易軸：2、六角晶系的磁晶各向異性xyzw??C軸C面Isxyyw?C面°°°°°°°°°°°°?+2?/6六角晶系的特點(diǎn)是在c面有六次對稱軸，?與?+2?n/6,(n=0、1、2…..)的方向體系的能量是相同的。用?,?替代?1,?2,?3,計算磁晶各向異性能xyzHAIs?<111>?A、磁晶各向異性能Co:Ku1=4.53x105Jm-3Ku2=1.44x105Jm-3通常四次方項作為近似就足夠了，因此B、磁晶各向異性場:得到：b.c面為易磁化面時：c.易錐面時a.C軸為易磁化軸，用同樣的處理方法EA=(?的0次項)+(?的一次項)+(?的二次項)+……….a

6、)?的0次項?0=1,對應(yīng)于K0。b)?的一次項是奇數(shù)項不考慮，為0(對應(yīng)于K0)。c)?的二次項：a1?12+a2?22+a3?32=a(?12+?22+?32)d)?的四次項為：e)?的六次項為：附錄：，，，，第三項用到，(對六角晶系要考慮二次項)………….轉(zhuǎn)矩磁強(qiáng)計的原理是，當(dāng)樣品(片狀或球狀)置于強(qiáng)磁場中，使樣品磁化到飽和。若易磁化方向接近磁化強(qiáng)度的方向，則磁晶各向異性將使樣品旋轉(zhuǎn)，以使易軸與磁化強(qiáng)度方向平行這樣就產(chǎn)生一個作用在樣品上的轉(zhuǎn)矩。如果測量轉(zhuǎn)矩與磁場繞垂直軸轉(zhuǎn)過的角度關(guān)系，就可以得到轉(zhuǎn)矩曲線，并由此可求得磁晶各向異性常數(shù)。右圖是用來測量轉(zhuǎn)矩曲線的轉(zhuǎn)矩儀。在自動轉(zhuǎn)矩儀

7、研制出耒以前，是用光電方法測量。二、磁晶各向異性常數(shù)的測量方法當(dāng)磁化強(qiáng)度偏離易磁化軸將引起一個力矩T，樣品吊在一根彈性金屬絲上，樣品的轉(zhuǎn)動使吊絲產(chǎn)生一個扭力矩L，k是扭力系數(shù)(達(dá)因.厘米/度)，?1為樣品的轉(zhuǎn)動角度。如果樣品的體積為V，則平衡條件為VT=L=k?1?是易軸與磁化強(qiáng)度之間的夾角適當(dāng)選擇k，使?1在較小的范圍內(nèi)變化。如果磁場的轉(zhuǎn)角為?(0到360度)，則?=?-?1，由于?1很小，就可簡化?=?。右圖為一個典型的轉(zhuǎn)矩曲線，?=22.50時sin