В разд. 8.2 было установлено, что магнитный и механический моменты атомов направлены вдоль одной линии в
противоположных направлениях. Поэтому при ориентирующей действия на один из них, второй также испытывает ориентирующей действия. В этом и заключается идея гиромагнитных исследований (рис.8.8).
Барнетт в 1909 году получил намагничивания железного стержня при его быстром вращении (рис.8.8, а). Механические моменты электронов за счет гироскопических сил, подобно юле, ориентируются вдоль оси вращения стержня. Вместе с ними ориентируются и их магнитные моменты, что приводит к намагничивания стержня.
В 1915 году А. Эйнштейн и А. Де Гааз провели противоположный опыт (рис.8.8, б). Они намагничивали железный стержень. Вместе с магнитными моментами ориентировались и механические моменты электронов. В соответствии с законом сохранения момента импульса, стержень должен прийти во вращательное движение, что и было подтверждено экспериментально. В 1917 году А.Ф.Иоффе и П.Л.Капица быстро нагрели намагниченный стержень выше точки Кюри. До нагрева магнитные и механические моменты были ориентированы (рис.8.8, в), но стержень не оборачивался. После нагревания ориентация магнитных и механических моментов стала хаотичной (рис.8.8, г), и суммарный механический момент стал отличен от нуля. Стержень приходил во вращательное движение в соответствии с законом сохранения момента импульса.
Во всех этих опытах измерялось отношение магнитного момента к механическому, т.е. гиромагнитное отношение. Оказалось, что для ферромагнитных тел оно равно спиновой гиромагнитного отноше-?о ? q / mел. Это свидетельствует о том, что ферромагнетизм обусловлен не орбитальными, а спиновыми магнитными моментами электронов.
При этом образуются области (~ 10-2 ? 10-3 см) спонтанного намагничивания - домены. В ненамагниченным ферромагнетика магнитные моменты доменов ориентированы хаотично (рис.8.9, а). При намагничивании они получают преимущественную ориентацию вдоль внешнего поля Н (рис.8.9, б), усиливая его.
Как же образуются домены? Происходит обмен электронами внутренних незаполненных оболочек атомов, причем, как отмечалось в разделе 1.4 формула (1.5), энергетически выгодной может быть параллельна ориентация спинов и спиновых магнитных моментов. Спины электронов этих незаполненных оболочек ориентируются параллельно друг другу, что приводит к спонтанному намагничивания определенных областей кристалла (образуются домены). Это ферромагнетики. В случае, когда энергетически выгодной является антипараллельную ориентация спинов, домены не образуются. Это антиферромагнетики, например MnO.
Доменная природа ферромагнетизма легко объясняет эффект Баркгаузена (рис.8.2, б). Ступенчатый характер кривой намагничивания обусловлен последовательной, а не одновременной, переориентацией намагничивания отдельных доменов во внешнем поле. Насыщение намагничивания объясняется тем, что уже все домены ориентированы вдоль намагничивая внешнего поля. В антиферромагнетиках спины электронов антипараллельные и домены не образуются. Но при нагревании антипараллельную ни не образуются. Но при нагревании антипараллельную ориентация разрушается и становится параллельной. Намагниченность антиферромагнетика возрастает (рис.8.10). При температуре, которая называется антиферромагнитной точкой Кюри или температурой Неели ТN, намагниченность достигает максимума, а затем уменьшается .. Антиферромагнетик превращается в парамагнетик.
Антиферромагнетик можно рассматривать как сложную структуру, образованную двумя подрешетки, каждая из которых спонтанно намагниченная, и вставленные одна в другую так, что их намагниченности противоположные. Если магнитные моменты этих подрешеток одинаковы, то при 0К они компенсируют друг друга, и магнитный момент антиферромагнетика равен нулю. В случае, когда магнитные моменты подрешеток разные, возникает спонтанная намагниченность кристалла. Такой нескомпенсированный антиферромагнетик называется феримагнетиком или ферритом, например, FeO, Fe2O3. Отличительная особенность ферритов это хорошие магнитные свойства (высокая магнитная проницаемость, имела коерцетивна сила, большое значение индукции насыщения) и большой электрическое сопротивление. Именно благодаря высокому электрическому сопротивлению их используют в технике сверхвысоких частот (СВЧ), так как потери на нагрев за счет индукционных токов Фуко мизерные.