Полное магнетосопротивление ферромагнетиков (стр. 1 из 9)

Агентство по образованию Российской Федерации

Лесосибирский педагогический институт – филиал Красноярского Государственного Университета

кафедра физики

Дипломная работа

Полное магнетосопротивление ферромагнетиков

Выполнил: студент 5-го курса

ФМФ группы Ф51

Левченко Александр Владимирович

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук,

доцент Лупик А.Н.

Лесосибирск

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МАГНЕТИКАХ

§ 1 КЛАССИФИКАЦИЯ МАГНЕТИКОВ

§ 2 СТРОЕНИЕ И ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ

§ 3 МАГНИТНЫЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖЕЛЕЗОНИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

Глава II. КРАТКАЯ ТЕОРИЯ ГАЛЬВАНОМАГНИТНЫХ ЯВЛЕНИЙ В ФЕРРОМАГНЕТИКАХ

§ 1 КЛАССИФИКАЦИЯ ГАЛЬВАНОМАГНИТНЫХ ЭФФЕКТОВ

§ 2 ГАЛЬВАНОМАГНИТНЫЙ ЭФФЕКТ В ОБЛАСТИ ВРАЩЕНИЯ И СМЕЩЕНИЯ

§ 3 ГАЛЬВАНОМАГНИТНЫЙ ЭФФЕКТ В ОБЛАСТИ ПАРАПРОЦЕССА

§ 4 МАГНЕТОСОПРОТИВЛЕНИЕ

Глава III. ПРИЛОЖЕНИЕ

§ 1 ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

§ 2 РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

В современном учении о магнетизме видное место занимает теория и экспериментальные исследования так называемых переходных металлов, электронные оболочки которых имеют недостроенные d- или f-слои. Эти особенности электронной структуры делают переходные металлы, их сплавы и соединения интересным объектом исследования в теоретическом и экспериментальном направлениях, привлекают внимание практиков. Современное состояние квантовомеханической теории переходных металлов нуждается в определении распределения зарядовой и спиновой плотностей, форм поверхностей Ферми при сложном законе дисперсии для электронов проводимости, значений электронной плотности вблизи фермиевской поверхности и др. До сих пор нет строгой количественной теории обменной связи в кристаллах переходных металлов, недостаточно выяснена сама природа сил связи. Решение назревших проблем переходных металлов на основе сближения зонной и s-d(f)-обменной трактовок наличия в них атомного магнитного порядка имеет первостепенное значение в прикладном аспекте, поскольку эти вещества играют ведущую роль в технике.

Для современного уровня развития техники характерным является тот факт, что промышленность ставит все более определенные и жесткие требования к физическим свойствам переходных металлов и сплавов, среди которых не последнее место занимают железоникелевые сплавы. Это обстоятельство побуждает ученых всесторонне исследовать железоникелевые сплавы, обладающие ярко выраженными особенностями целого ряда физических свойств. Наибольший интерес, как с научной точки зрения, так и с практической стороны, имеют инварная и пермаллойная группы сплавов системы железо-никель. Несмотря на интенсивные поиски, в настоящее время не существует пока приемлемой теории, которая объяснила бы известные аномалии физических свойств инваров системы железо-никель и предсказала бы новые; не решены также полностью и проблемы пермаллоя. Решение этих проблем уточнило бы наши представления о причинах возникновения ферромагнетизма вообще. Оно возможно лишь при условии всестороннего экспериментального и теоретического исследования физических свойств ферромагнетиков и, в частности, железоникелевых сплавов.

Физические свойства переходных металлов и сплавов тесно связаны с их электронной структурой. Это открывает широкие возможности для изучения этой структуры методами прямых и косвенных исследований физических свойств. Так, например, знание кристаллической структуры, выявленной различными методами, (рентгеноструктурным, нейтроннографическим, электронной микроскопии, мёссбауэровской спектроскопии, ферромагнитного резонанса и др.) позволяет говорить об особенностях электронной структуры и её изменении под действием внешних сил. Этим же целям служат методы определения энергетического спектра электронов переходных металлов: изучение рентгеновских спектров испускания и поглощения, исследование оптических свойств кристаллов и фотоэмиссии электронов из кристалла. Успехи в этих исследованиях позволяют, например, рассматривать инварность как следствие изменения электронной структуры сплавов под влиянием внешних сил.

Кинетические явления находятся в прямой зависимости от электронной структуры переходных металлов, поэтому является актуальным изучение изменений их электрических, термоэлектрических и др. свойств под влиянием внешних воздействий. Например, изучение гальваномагнитного эффекта в ферромагнетиках представляет как научный, так и практический интерес. С одной стороны, оно позволяет установить важную для теории взаимосвязь между ферромагнетизмом и проводимостью, судить о механизме спин-орбитального взаимодействия, форме поверхности Ферми, а с другой стороны, дает методы измерений таких важных параметров, как температура Кюри, намагниченность насыщения, после анизотропии, коэрцитивная сила» восприимчивость, потери энергии на вращательный гистерезис и др. Кроме внешнего магнитного поля, мощное воздействие на кинетические свойства переходных металлов и сплавов оказывает упругая деформация. Упругое деформирование является признанным методом, широко применяемым в настоящее время с целью изучения физической природы вещества.

Таким образом, особенности физических свойств инваров системы железо-никель объясняются учеными с самых различных точек зрения; при этом используются достижения всех существующих теорий ферромагнетизма, но природа инварности и по сей день остается недостаточно раскрытой. Можно сказать, что в настоящее время еще нет единого подхода в объяснении аномалий физических свойств инваров и других систем, поэтому выявление новых особенностей железоникелевых сплавов инварной области и их всестороннее исследование является актуальной задачей.

Целью данной работы является изучение теории гальваномагнитных явлений в ферромагнетиках и проведение исследования по измерению полного магнетосопротивления в железоникелевых сплавах. Она содержит введение, три главы и заключение.

Были поставлены следующие задачи:

1. Изучение литературы по гальваномагнитным явлениям в ферромагнетиках и систематизация современных знаний по данной теме.

2. Проведение измерения полного магнетосопротивления в железо-никелевых сплавах и сравнение результатов измерения с ранее полученными данными.

3. Проведение измерения поперечного и продольного гальваномагнитного эффекта в железоникелевых сплавах в области концентраций никеля 0-100%.

Методы, применяемые в данной работе:

1. Метод изучения литературы.

2. Метод эксперимента (баллистический метод).

Структура работы:

Во введении показана актуальность исследования физических свойств ферромагнитных металлов и сплавов, поставлена цель и задачи исследования.

В первой главе дан краткий обзор особенностей физических свойств ферромагнетиков, в частности железоникелевых сплавов.

Во второй главе представлено краткое изложение теории гальваномагнитных явлений и их классификация.

В третьей главе даются результаты измерений и их обсуждение.

В заключении суммируются результаты и выводы работы.

Апробация работы проводилась в апреле 2006 г. на научно – практической вузовской конференции «Методологические аспекты профессиональной подготовки будущих учителей в ВУЗЕ» по секции Общей и экспериментальной физики.

Глава 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МАГНЕТИКАХ

§ 1 КЛАССИФИКАЦИЯ МАГНЕТИКОВ

Магнетиками называются все вещества, способные намагничиваться во внешнем магнитном поле, т. е. создавать собственное (внутреннее) магнитное поле самого вещества. Магнетики подразделяются по своим магнитным свойствам на слабомагнитные и сильномагнитные вещества. К слабомагнитным веществам относятся парамагнетики и диамагнетики. Основную группу сильномагнитных веществ составляют ферромагнетики. Слабо- и сильномагнитные вещества отличаются величиной относительной магнитной проницаемости μ. Для слабомагнитных веществ μ незначительно отличается от единицы: для парамагнетиков

, для диамагнетиков . Кроме того, μдля слабомагнитных веществ не зависит от индукции B₀, того магнитного поля, в котором намагничиваются вещества. Для сильномагнитных веществ и зависит от B₀.

К парамагнетикам относятся кислород, окись азота, алюминий, платина, редкоземельные элементы, щелочные и щелочноземельные металлы и другие вещества.

Для парамагнитных веществ μ зависит от температуры и убывает с повышением ее по закону

, где T-термодинамическая температура, С — постоянная Кюри, характерная для данного вещества.

Диамагнетиками являются инертные газы (гелий, аргон и др.), многие металлы (золото, цинк, медь, ртуть, серебро), вода, стекло, мрамор, многие органические соединения. Для этих веществ относительная магнитная проницаемость не зависит от температуры.

К ферромагнетикам же относится сравнительно небольшая группа твердых кристаллических тел — так называемых переходных металлов (железо, никель, кобальт, гадолиний), а также ряд сплавов. Именно эти вещества будут интересовать нас прежде всего в данной работе.

§ 2 СТРОЕНИЕ И ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ФЕРРОМАГНЕТИКАХ

Рассмотрим строение атомов ферромагнитных веществ (в изолированном состоянии). Как известно, электроны в атомах занимают различные энергетические уровни, определяемые квантовыми числами. Для наглядности часто пользуются представлением о том, что в атоме имеются более или менее резко разграниченные оболочки, содержащие определенное количество электронов, обращающихся вокруг ядра. Некоторые из оболочек в свою очередь подразделяются на слои или подоболочки. В теории атома принято различные оболочки и подоболочки обозначать индексами 1s, 2s, 2p, 3s, 3р, 3d, 4sи т. д. При этом цифра указывает номер оболочки, а буквой обозначается подоболочка. Электроны в атоме всегда стремятся занять места в оболочках и подоболочках, лежащих ближе к ядру, как более выгодных в энергетическом отношении.