Температурная зависимость энергетической константы

Доклады
Академии
Наук
СССР
1949. Том LXIV, 'N2 1
ФИЗИКА.
л. в. КИРЕнекий
ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ КОНСТАНТЫ
МАГНИТНОЙ АНИЗОТРОПИИ НИКЕЛЯ
(!7 редставлено а;саде.м.uко.м. С . И . Вавило вьtАt 12 Х 1 1948)
Согласно современным воззрениям
(1), величина свободно й энерrиif
недеформированноrо ферромагнитного кристалла кубической системы.
описывается следующим соотношением:
(1)'
где И- величина свободной энергии кристалла, К- константа анизо ­
тропии,
s1 ,
Sz,
s3
-
направляющие
косинусы
углов
вектора
ного намагничения с тетрагональными осями кристалла,
ная
спонтан ­
аддитив­
U0 -
постоянная.
Исследованию
ферромагнетиков,
величины
а
также
константы
ее
а низотропии
температурному
для
разли ч ных
изменению посвящен
ряд теоретических и экспериментальных работ.
Так, предпринятые с различных точек зрения теоретические иссле ­
дования Н. С. Акулова (1 ) и Ван-Флека (2) для кристаллов кубической
системы, а также исследования С. В. Вонсовского (3 ) для кобальт а
показали,
что
с
повышением
температуры
константа
должна убывать по своей абсолютной величине.
Что касается экспериментальных исследований,
то
анизотропи и
начало бы ло
положено работами Хонда и его сотрудников (4 , 5 ), снимавших кривые
намагничения на монокристаллах по основным кристаллографи ческим
направлениям. По этим кривым намагничения оказывается возможным
вычислить
величину
константы
анизотропии
..
Согласно этим данным, приведенным,
например, в статье Ван ­
Флека, константа анизотропии никеля быстро возрастает с пониже­
ннем температуры, не стремясь к насыщению, а при температуре 420° К
меняет знак, но в интервале температур от 480° К и почти до точки
Кюри остается неизменной, равной
104 эрг см 3 •
+
1
Исследованиями Н. Л. Брюхатова и а втора (6 ) для константы анизо­
тропии никеля · была установлена экспериментальная формула
(2)
где /(-константа анизотропии при данной температуре, Ко- кон­
станта анизотропии при абсолютном нуле, равная - 80· ]04 эрг см 3 ,
Т- абсолютная
температура,
а некоторая
постоянная,
равная
1
3,4·10- 6 1 /
град2.
.
Однако данные, полученные на основании обработки крЙвых на­
магнич~ния, снятых Хонда, Ма зумота и Ширакава, вызывают серьез­
ные сомнения, так как в области низких температур явно не было
53
достигнуто насыщения, а в о бла сти высоких т емператур не замеч ен о
стр емл ени я константы анизотропии к нулю при приближении к точке
Кюри.
Действительно,
.
опыт ы
Вильямса
с целью проверки с оотношения
о бла сти очень низких темп е ратур.
Нами было предпринято
тиче с кой
ко н ста нт ы
от -183° С
матич е ской
к образцу,
однородное
(2),
и
В озо рта
полностью
экспериментальное
анизотро il ии
никеля
в
(7),
предпринятые
его
подтвердили в
и сследов ание э нерге ­
интервале
тем п е ратур
до то ч:ки Кюри. Исследование проводи л ось методом авто ­
З аписи величины м е ханических мо ментов, прил ожеиных
вырезанному в форме диска и помещенному в сильное
магнитное поле. Вели чина энергии монокристаллического
диска при его вра ще нии в м аг н итном поле около полярной
оси,
оче­
видно, мож ет быть описана выражением:
И=Ио
+ Kf(rp),
(3)
rде И- энергия кристалла при з аданной · ориентации, ' f - угол между
направлением вектора
спо нта н ного нам агничения и векоторой осью,
с оответ ствующей экстремальному зна­
кристалл а в данной плоскости, U 0 - аддитив н ая по­
лежащей в плоскости диска и
чению
энергии
стоянна я.
Величина мех а нического
момента,
приложенн а го
к образцу, оче­
в идно, б у дет:
(4)
Так как при данной, ориент а ции обр азца, неза висимо от е г о темпера­
туры,
(rp) неи з менно, то из м енение с температурой величины меха­
н ич еско го момента будет с оответ ствовать изменению с температурой
f
константы
анизотропии.
Кроме, того, так как в ыrажен ие
кри ст алла ,
то, очевидно, оно
(4) спр аведлив о для любой ориентации
применимо при
ис сле довании темпе р атур­
но й зави си мо сти К и для полик ристаллич ес ко го
образца с тексту рой
и лиш ен но г о внутренн их нап ряжен и й.
Тако й
ность
образец
поля
и
был использован
с оста ви л а
5400
эрстед,
в
нашей
что
рабо те. Напряжен­
обеспечивало
н ас ы щ::: ние
образца.
Ре зул ьтаты
исследований
получали сь
в
виде
магнитограмм,
на
IЮторых а в том атически записьшалея механический момент либо в функ­
ции угла между векоторой полярной о сью и вектором поля, либо
в функции поля или температу р ы при н еизм ен ной ориентации образца.
На рис. 1 пр е дставлена магнитограмма, где по оси абсцисс и л и,
что то же, по "нулевой" линии, соответс твую:цей магнитаг р а мм е
в отсутствие поля, отложе н о время, в те ч е н ие которо го 'nроисходило
нагревание иссл едуемого образца.
В виде непрерывной крив о й запи с а н механический момент, п рил о ­
женв ый к об ра з uу . О рдинаты даны при температурах -1 50°, - 100° С
и т. д. через I<ажды е 50°. П оследняя ордината дана при 400°, т. е.
выше точки Кюри.
Площ а дка, паралл ел ьная
абсцисс,
соответствует
максимальную
Если по
log К от Т'2,
"нулевой" линии, играющей роль оси
температуре -183° С и имеет, естественно,
орди н ату.
данн ым
то, как
магиитограммы построить график зависимости
это видно из рис. 2, зависимость о казы в ае тся
линейной, что · и приводит к уравнению (2).
высоких уравнение
54
Пр и температу р ах более
(2) перестает -6-ьrть справедливым. В ч а стности,
ир~ температуре около
130° С,
магнита г раммы, константа
как это следует из приведеиной выше
анизотропии меняет свой · знак .
Обработка ма г нитаг раммы рис.
на рис. 3. Как видно из р ис.
. ным
1 приводит
3, в области
к данным, изображен­
невысоких температур
да нн ые, полученные методом автоматич еской фотозаписи при совмеще-
\1
.1
1'
11
\
\
1
1
1
1
\
1\
1
\ 1'
'·
o~----~----L-----~_____J
2
Р ис .
1.
ния
механического
б
8
Рис. 2. За ви симость log (К -I0-4 ) от :Г!.J()-4.
Данные при Т= О получены экстраnоля­
Ма гиитограмма изм·ене­
мом ента
4
1"2·10-4-
с
температурой
цией
нии дан ных для тем пературы -183°С, вполне соответствуют данным,
полученным в свое вр емя Н. Л. Брюхатовы м и автором, а также
Вильямсом и Бозортом .
• - f
"- 2
o-J
so
о ~----~~~~--
1j
)
L_....!.,___..L___L_:-
0
,?IJO
400
---...
-lJi.L..7/---!5.-'-0--2...L.'50:----:J--'-50-:-o;;-:C-
500 °/(
Рис. 3. Температурная зависимость
энер } етической константы магнитной
ани зотропии никеля. 1- по (8 ), 2по
('), 3
-данны е автора
Рис. 4. Температурная зависимость энер­
гетичеСJ{ОЙ константы магнитной анизо­
тропии никеля. 1- по (6 ), 2- данные
автора
Был о проведено более тщательное исследование в области высо­
ких температур, от 50° С до тnчки Кюри, при повышенной чувстви­
тельности установки. Обработ~.?- магнитаграммы прИводит к данным,
представленным на рис.
4.
.
· ·
55
Как видно из рис. 4, изwенение знака не вызывает сомнений.
Точно так же видна хорошая повторяемость данных опыта с преж­
ними данными Н. Л. Брюхатова и автора.
Красноярекий государственный
педагогический инстит ут
Поступило
291Х 1948
ЦИТИРОВ А ННАЯ ЛИТЕРАТУРА
2 J. Н . Van V1eck,
1 Н. С. Ак удо в ,
Ферромагн ~r-изм, 1939.
Phys. Rev.,.
52, 1178(1937). а С. В. Вонсовский, ЖЭТФ, 10, 1104 (1938).
'Honda,
Masumoto and S1lirakawa, Sci. Rep. Tбhoku Univ., 24, 391 (1935).
• Honda , Masumoto and I(aya, iЬid ., 17, 111 (1928) . 6 Н. Л. Брюхатов и
7
Л. В. Киренский, ЖЭТФ, 6, 198 (1938).
Н. J. \У i11iaшs and R. М. Bozorth, Phys . Rev., 56, 837 (1939) . 8 Н. Pol1ey, Ann. d. Phys·., 36, 625 (1939).
g R. В е с k е r u. W.
D о r i n g, Ferromagnetisшus, Berlin , 1939.
56