Гістерезис магнітний - Фізична енциклопедія
ГІСТЕРЕЗА МАГНІТНИЙ - неоднозначна (необоротна) залежність намагніченостіM магнітоупорядкованої речовини (магнетика, напр. феро або феримагнетика) від зовніш. магн. поляH за його цикліч. зміни (збільшення та зменшення). Загальною причиною існування Р. м. є наявність у визнач. інтервалі зміниН серед станів магнетика, що відповідають мінімуму термодинамічного потенціалу, метастабільних станів (поряд зі стабільними) та незворотних переходів між ними. Р. м. можна розглядати як прояв магн. орієнтаційних фазових переходів першого роду, для яких брало прямий і зворотний переходи між фазами залежно відH відбуваються, в силу зазначеної метастабільності станів, при разл. значенняхH.
Петлігістерезису : 1 - максимальна, 2 - приватного циклу, а - крива намагнічування, b і с-криві перемагнічування. MR – залишкова намагніченість, HC – коерцитивна сила, MS – намагніченість насичення.
На рис. схематично показана типова залежність M від H у феромагнетиці; зі стану М=0 при H=0 зі збільшенням H значення M росте по кривій а (осн. кривої намагнічування) і досить сильному полі HНт стає практично постійною і рівною намагніченості насичення Ms. При зменшенні Н значення Нт зворотний хід зміни M(H)вже не буде описуватися кривою а і намагніченість при H=0 не повернеться до значення М=O. Ця зміна описується кривою b (кривий розмагнічування), і при H=0 намагніченість приймає значення М=МR (т.з. намагніченість залишкова). Як видно з рис. =-Нс, зв. коерцитивною силою. Далі, коли поле досягає значення Н=-Нm, зразок намагнічуєтьсядо насичення (M=-Ms) у зворотному напрямку. За подальшої зміни Н від - Нт до +Hm намагніченість змінюється вздовж кривої з. Гілки b і с, що виходять при цикліч. зміні H від + Hm до - Hm і назад, разом утворюють замкнуту криву, зв. максимальною (або граничною) петлею гістерезису (ПГ). У цьому b зв. низхідній, а з - висхідній гілками ПГ. При цикліч. намагнічування в полях -H1HH1, де H1 -3 Е для магнітно-м'яких матеріалів до 10 4 Е для магнітно-твердих матеріалів.
Явлення Р. м. спостерігаються не тільки при зміні поляH за величиною та знаком, але також і при його обертанні (гістерезис магн. обертання), що відповідає відставанню (затримці) у зміні напрямкуM зі зміною напрямкуН. Гістерезис магн. обертання виникає також цри обертанні зразка щодо фіксованого напрямкуH,
Теорія явищ Р. м. враховує конкретну магнітну доменну структуру зразка та її зміни в ході намагнічування та перемагнічування. Ці зміни обумовлені усуненням доменних кордонів і зростанням одних доменів за рахунок інших, а також обертанням вектора намагніченості в доменах під дією зовніш. магн. поля. Все, що затримує ці процеси та сприяє потраплянню магнетиків у метастабільні стани, може спричиняти Г. м.
У однодоменних феромагнітних частках (у частках малих розмірів, в яких брало утворення доменів енергетично невигідно) можуть йти тільки процеси обертанняМ. Цим процесам перешкоджає магнітна анізотропія разл. походження (анізотропія самого кристала, анізотропія форми частинок, анізотропія пружних напруг та ін.). Завдяки анізотропії,M як би утримується нек-рим всередину. полемН А (еф. полем магн. анізотропії) вздовж однієї з осей легенінамагнічування, що відповідає мінімуму енергії. Г. м. виникає через те, що два напрямкиM (за і проти) цієї осі в магнітоодноосному зразку або кілька еквівалентних (за енергії) напрямківM у магнітомногоосному зразку відповідають станам , Відокремленим один від одного потенційним бар'єром (пропорційним НА). При перемагнічуванні однодоменних частинок вектор M поруч послідовних незворотних стрибків повертається у напрямкуН. Такі повороти можуть відбуватися як однорідно, і неоднорідно за обсягом. При однорідному обертанніM коерцитивна сила HСHА. Більш універсальним є механізм неоднорідного обертанняM. Проте наиб. вплив на Hс він надає у разі коли осн. роль відіграє анізотропія форми частинок. При цьому Hс може бути суттєво менше ефф. поля анізотропії форми.
У багатодоменних зразках, де перемагнічування обумовлено насамперед усуненням доменних кордонів, однією з гол. причин Г. м. може служити затримка зміщення кордонів на дефектах (немагнітні включення, межзеренние кордони та ін) та їх подальші незворотні стрибки. Нерідко, напр. у феромагнетиках з досить великимиНА, Р. м. може визначатися затримкою освіти і зростання зародків перемагнічування, з яких брало розвивається доменна структура. Зародки з'являються шляхом неоднорідного обертанняМ, напр. у ділянках з локально зниженою (за рахунок дефектів) анізотропією. У поляхН =-Hn, зв. полями зародження, енергетич. бар'єр, пов'язаний з локальним полем НА, зникає і відбувається утворення зародка, який потім або росте, або загальмовується на дефектах. Зародками можуть також залишки доменної структури, локалізовані на дефектах зразка і не знищені в процесі його намагнічування. Зрістзародок починається при досягненні поля старту H = -HS. При енергія, що йде на створення граничного шару зародка, перекривається виграшем енергії обсягом зразка. Якщо , то Р. м. пов'язаний із затримкою освіти, а при - із затримкою зростання зародка. В обох випадках при перемагнічуванні зразка вздовж осі легкого намагнічування виникають прямокутники. ПГ.
З Р м. пов'язано гістерезисне поведінка при цикліч. змініH цілого ряду ін. фіз. властивостей, які так чи інакше залежать від стану магнетика, від розподілу намагніченості (або ін. параметра магн. порядку) у зразку, напр. гістерезис магнітострикції, гістерезис гальваномагнітних явищ та магнітооптич. явищ (див. Магнітооптика) і т. д. Крім того, тому що намагніченість неоднозначно змінюється (через метастабільні стани) також в залежності від інш. впливів (темп-ри, пружних напруг та ін), то має місце гістерезис як самої намагніченості, так і залежних від неї властивостей при цикліч. зміну зазначених впливів. Найпростішими прикладами є температурний Р. м. (неоднозначна температурна залежністьM при циклічному нагріванні та охолодженні магнетика) і магнітоупругий гістерезис (неоднозначна змінаM при циклічному накладенні та знятті зовнішньої односторонньої напруги ).