ГАЛЬВАНОМАГНИТНЫЙ ЭФФЕКТ В ОБЛАСТИ ПАРАПРОЦЕССА

 

В отличие от гальваномагнитных и термомагнитных явлений сопутствующих процессам смещения и вращения и обусловленных магнитными силами решетки, в области парапроцесса (в полях выше технического насыщения и вблизи точки Кюри) эти явления определяются обменными силами.

Если исследованию первых посвящено большое количество работ и здесь к настоящему времени выяснены даже тонкости их поведения в различных металлах и сплавах, то о явлениях в области парапроцесса, данные до последнего времени были скудными. Наиболее подробно исследован в области парапроцесса гальваномагнитный эффект никеля, а также некоторых сплавов. Что касается термомагнитного эффекта, то до сих пор в литературе почти нет указаний о влиянии парапроцесса на это явление. Поэтому ниже приводятся результаты исследований только гальваномагнитного эффекта в области парапроцесса. На рис. 10 приведены кривые продольного гальваномагнитного эффекта сплава 36% Ni, 64% Fe и кривая

 

Рис. 10. Кривые намагниченности и продольного гальваномагнитного эффекта в сплаве 36% Ni , 64% Fe

 

намагниченности. Мы видим, что в полях выше технического насыщения, где кривая намагниченности имеет почти полностью горизонтальный ход, обнаруживается уменьшение электрического сопротивления, в то время как в области до технического насыщения оно, наоборот, увеличивалось. Эго уменьшение связано с действием парапроцесса на электроны проводимости металла. На рис. 11 даны результаты измерений продольного и поперечного эффектов для никеля. Видно, что указанное уменьшение сопротивления в области парапроцесса не зависит от направления поля и линейно зависит от него вплоть до 10000 эрстед. Согласно Вонсовскому это уменьшение электросопротивления связано с тем, что при парапроцессе, когда намагниченность I_s приближается к абсолютному насыщению I ₀, спиновое поле делается менее интенсивным и столкновения s-электронов с ферромагнонами происходят все реже и реже, в результате чего сопротивление падает.

Экстраполируя на рис. 10 и 11 прямолинейные участки кривых  на ось ординат (с учетом размагничивающего фактора)

 

Рис. 11. Поперечный и продольный гальваномагнитные эффекты никеля

 

Можно отделить гальваномагнитный эффект обусловленный смещением и вращением, от гальваномагнитного эффекта, обусловленного парапроцессом. На рис. 12 показана зависимость величины наклона  прямолинейной части кривой гальваномагнитного эффекта в сильных полях (которую мы примем за характеристику гальваномагнитного эффекта в области парапроцесса) в сплавах железо-никель (инварного, состава) в функции процентного содержания никеля. По мере увеличения содержания никеля величина  возрастает, достигает максимума при концентрации 36-38% Ni, а затем убывает, в то время как величина  в изучаемом интервале концентраций никеля непрерывно возрастает. Необходимо отметить, что максимум аномалий физическихсвойств (в частности, и удельного сопротивления) приходится в системе Fe-Ni на ту же концентрацию никеля. Как для всех четных явлений, величина  в области парапроцесса должна линейно зависеть от I ² Последнее подтверждается кривыми, приведенными на рис. 13, где даны результаты измерений  в функции I ² для сплава 36% Ni, 64% Fe при различных температурах. Как видим, выше технического насыщения  падает линейно с I ² при всех температурах.

Истинной характеристикой всех четных эффектов является намагниченность, поэтому правильным методом исследования гальваномагнитных явлений в области парапроцесса является снятие кривых зависимости гальваномагнитного эффекта от I ² (см. рис. 13). Характер же изменения гальваномагнитного эффекта в функции поля можно описать, если известна хотя бы приближенно зависимость намагниченности от поля.

 

Рис. 12. Наклон прямолинейной части кривой гальваномагнитного эффекта в сильных полях

 

Рис. 13. Кривые  для сплава 36% Ni , 64% Fe при разных температурах

Для температур далеко от точки Кюри имеет место соотношение

 (1)

 

а в самой точке Кюри

 

 (2)

 

выше точки Кюри из тех же соображений следует, что

 

 (3)

 

В формулах (1), (2), (3) коэффициенты  являются численными постоянными. Ha рис. 14 приведены кривые гальваномагнитного эффекта никеля в функций магнитного поля,снятые при различных температурах. При комнатных температурах в согласии с (1) гальваномагнитный эффект в полях H > H_S линейно зависит от поля. По мере возрастания температуры эта зависимость нарушается. Физически это понятно, так как под действием поля величина самопроизвольной намагниченности I_S меняется заметнее; она приближается к абсолютному насыщению I ₀, и здесь следует ожидать большого изменения линейного хода кривой гальваномагнитного эффекта парапроцесса в сторону приближения его к некоторому насыщению.

 

Рис. 14. Кривые гальваномагнитного эффекта никеля в сильных полях при различных температурах

 

На рис. 15, а и б приведет кривые зависимости гальваномагнитного эффекта от температуры при различных полях для никеля и сплава 36% Ni, 64% Fe. Эти кривые позволяют приближенно найти точку Кюри θ (которая соответствует максимумам кривых) и определить для нее зависимость  от  На рис. 16 нанесены значения  в функции ; в качественном согласии с соотношением (2) гальваномагнитный эффект в точке Кюри, который здесь должен в основном определяться парапроцессом, линейно зависит от  как для никеля, так и для сплава 36% Ni, 64% Fe. Тот факт, что прямые на рис. 16 не проходят через начало координат, по-видимому, свидетельствует о том, что, кроме парапроцесса, в области Кюри имеют место также процессы смещения и вращения, которые и дают некоторые конечные значения гальваномагнитного эффекта положительного знака. Их можно определить, экстраполируя прямые на ось ординат (24).

Рис. 15. Температурная зависимость гальваномагнитного эффекта в области Кюри при различных полях, а - для никеля, б - для сплава 36% Ni , 64% Fe

 

Рис. 16. Зависимость гальваномагнитного эффекта в области Кюри от  для никеля и для сплава 36% Ni , 64% Fe

На рис. 17 приведены кривые  в функции H, полученные из рис. 15, a для температур выше точки Кюри.

 

Рис. 17. Зависимость гальваномагнитного эффекта никеля от магнитного поля при температурах выше точки Кюри

 

 

Здесь зависимость  от H носит примерно квадратичный характер, что находится в качественном соответствии с (3),

Итак, из приведенных результатов измерений следует, что в области парапроцесса (в полях выше технического насыщения и вблизи точки Кюри) гальваномагнитный эффект имеет такие же качественные зависимости от намагниченности и магнитного поля, как и магнитострикция. Это находится в соответствии с общими положениями теории четных эффектов. Исследования гальваномагнитного эффекта в ферромагнитных сплавах в области парапроцесса были произведены также в работах Ширакавы, Пачеса и Смита.

В работе японского физика Мияты (36) установлено, что знак термомагнитного эффекта в монокристальных проволоках никеля вблизи точки Кюри становится отрицательным, т. е. он здесь обусловлен парапроцессом. Следует, однако, отметить, что термомагнитный эффект в области парапроцесса мало исследован.

МАГНЕТОСОПРОТИВЛЕНИЕ

Итак, опыт показал, что при намагничивании ферромагнетика во внешнем магнитном поле его электросопротивление меняет свою величину. Это явление было названо магнетосопротивлением.

Магнетосопротивление обычно определяется как относительное изменение удельного электросопротивления образца в виде стержня (проволоки) Δρ по отношению к его удельному сопротивлению в отсутствие магнитного поля ρ₀. При этом, если поле параллельно или перпендикулярно стержню, то мы имеем соответственно

 

и

 

Если поле H составляет с осью стержня угол φ, то:

 

.

 

На рис. 11 приведены типичные кривые  и . Продольный эффект в области технического намагничивания имеет положительный знак, поперечный – отрицательный.

Под полным магнетосопротивлением мы будем понимать разность двух эффектов:

 

.

 

Теперь дадим общее описание зависимости указанных явлений в ферромагнитных телах от направления вектора I_s .

Обозначая через α величину магнетосопротивления, а через  и  соответственно направляющие косинусы вектора I_s и вектора электрического напряжения g по отношению к ребрам куба кристалла согласно закону Акулова имеем:

 

, (*)

где  и  - константы анизотропии четных эффектов, которые определяются следующим образом:

 

,

 

Здесь  и  - четные эффекты в кристалле в направлении ребра и диагонали кубического кристалла.

В некоторых случаях соотношением (*) можно пользоваться для описания гальваномагнитных эффектов также и в поликристаллических образцах. Исследования показывают, что для никеля в первом приближении можно считать, что , тогда из (*) и (**) следует:

 

 

где  - четный эффект при насыщении в указанном направлении монокристалла никеля, а  - угол между направлением I_s и вектором g внутри кристалла.

Формула позволяет вычислить изменение электропроводности в поликристаллическом образце никеля под различными углами к направлению магнитного поля. Если измерения сначала проводятся в направлении магнитного поля, а затем в перпендикулярном направлении, то для этих двух случаев имеем:

 

 и .

Деля одно на другое, получаем соотношение выражающее собой так называемое второе правило четных эффектов. Аналогичное правило имеет место и для магнитострикции. Оно находится в хорошем согласии с измерениями величин гальваномагнитного эффекта в никеле, обладающим отрицательной магнитострикцией. В других ферромагнитных материалах это соотношение часто не выполняется из-за наличия больших объемных эффектов. (23)

 

,

 

На рис. 18 приведены данные по Бозорту (пунктиром) для обычных сплавов. А сплошная кривая проведена по расчетам упрощенной теории четных эффектов.

Далее, к сожалению, в литературе не указывается температура и поле, при которых проводились исследования, что ухудшает их ценность.

На рис. 19 приведены экспериментальные данные японского физика Ширакава для полного изменения удельного электрического сопротивления железо-никелевых сплавов при различных температурах и в магнитном поле 1500 эрстед.

К сожалению, не известна форма исследуемых образцов и следовательно размагничивающий фактор, поэтому нельзя с уверенностью сказать, что при поперечном намагничивании были достигнуты поля насыщения.

При обычно используемых полях э и при комнатных температурах магнетосопротивление  для большинства металлов весьма мало. Например, в случае меди.  при э. Исключением является висмут, у которого  ≈2 при э. В полупроводниках этот эффект значительно больший, чем в металлах (кроме висмута):  ≈ , а, например, в германии при T ≈ 100° К и ≈ 3.

 

Рис. 18

 

Глава 3 ПРИЛОЖЕНИЕ