Struktura i właściwości magnetyczne - Instytut Fizyki PAN

w układach cząstek niemających ze sobą bezpośredniego kontaktu, stanowiąc źródło frustracji
magnetycznej oraz niekolinearnych struktur spinowych, mogą prowadzić do efektów
zamraŜania typu szkła spinowego / klasterowego w niskich temperaturach (zobacz
podrozdziały 2.5.1 i 12.1). Natomiast, w próbkach skonsolidowanych, w których cząstki
stykają się ze sobą, główną rolę odgrywać mogą sprzęŜenia o charakterze wymiennym
prowadzące do redukcji anizotropii efektywnej i miękkich właściwości magnetycznych.
2.2 Cząstki jednodomenowe
Przy zmniejszaniu rozmiaru materiału ferromagnetycznego, istnieje pewna objętość
krytyczna, poniŜej której powstanie struktury domenowej (w następstwie minimalizacji
całkowitej energii magnetycznej) nie jest korzystne. Ma to miejsce wtedy, gdy zysk
energetyczny wynikający z podziału na domeny, jest równy zuŜyciu energii na wytworzenie
ścianek domenowych. Materiał taki staje się wówczas jednorodnie namagnesowany, a jego
właściwości magnetyczne opisywać moŜna w układzie jednodomenowym, zamiast
w układzie pojedynczych atomów w obrębie jednej domeny magnetycznej. W przypadku
sferycznych cząstek, krytyczny rozmiar dla zachowania jednodomenowego materiałów
ferromagnetycznych jest szacowany na 10 – 800 nm, na przykład dla Fe wynosi on 15 nm
[36 i Ref. tam zawarte].
Jednodomenową cząstkę ferromagnetyczną (o objętości V oraz magnetyzacji
nasycenia M S ) moŜna przedstawić modelowo, jako charakteryzującą się wypadkowym
momentem magnetycznym |µ| = M S V. Moment ten pochodzi od momentów magnetycznych
zawartych w niej atomów, sprzęŜonych ferromagnetycznym oddziaływaniem wymiany [33]
(siła tego oddziaływania jest równowaŜna polu wymiany o natęŜeniu ~ 10 7 Oe [37 str. 480]).
W nieobecności pola magnetycznego, moment ten jest skierowany wzdłuŜ osi łatwej,
wyznaczonej przez całkowitą anizotropię magnetyczną cząstki [34].
Przejściu od stanu wielodomenowego do jednodomenowego towarzyszy znaczny
wzrost pola koercji H C . Związane jest to ze zmianą mechanizmu przemagnesowania, które dla
cząstek wielodomenowych odbywa się głównie przez ruch ścian domenowych, podczas gdy
dla cząstek jednodomenowych - poprzez procesy rotacyjne [33, 35].
2.3 Anizotropia magnetyczna małych cząstek
Anizotropia magnetyczna jest jednym z czynników determinujących właściwości
materiałów magnetycznych, a w szczególności kształt krzywych magnesowania M(H).
6