Struktura i właściwości magnetyczne - Instytut Fizyki PAN

W przypadku materiałów objętościowych, składa się na nią kilka rodzajów anizotropii,
a mianowicie [35]: (1) anizotropia magnetokrystaliczna, (2) anizotropia kształtu,
(3) anizotropia magnetoelastyczna, (4) anizotropia indukowana (np. przez wygrzewanie
materiału w polu magnetycznym lub pod wpływem napręŜeń) oraz, ewentualnie,
(5) anizotropia wymiany. Przy zmniejszeniu rozmiaru materiałów dodatkowo waŜną rolę
zaczyna odgrywać (6) anizotropia powierzchniowa [35]. Spośród wszystkich wymienionych
tu anizotropii, jedynie anizotropia magnetokrystaliczna i magnetoelastyczna są cechami
materiałowymi. Anizotropia magnetokrystaliczna wraz z anizotropią kształtu stanowią
zazwyczaj główne źródło anizotropii objętościowego materiału magnetycznego [34].
W przypadku małych cząstek równie waŜne mogą stać się takŜe inne rodzaje anizotropii.
A zatem, efektywna anizotropia magnetyczna cząstek moŜe znacznie róŜnić się od anizotropii
ich form objętościowych [35].
Głównymi przyczynkami do anizotropii magnetycznej drobnych cząstek są:
(1) anizotropia magnetokrystaliczna:
podstawowym jej źródłem jest sprzęŜenie spin-orbita oraz asymetria w przekrywaniu się
rozkładów elektronów sąsiednich jonów w krysztale (anizotropowy rozkład gęstości
elektronowej). Energia anizotropii magnetokrystalicznej osiąga minimum, gdy kryształ
magnesuje się w określonych kierunkach krystalograficznych, czyli wzdłuŜ osi łatwych [37].
MoŜe być ona wyraŜona jako funkcja kosinusów kierunkowych α 1 , α 2, α 3 pomiędzy
wektorem magnetyzacji a osiami głównymi kryształu, tzn.:
2 2 2
E = E(
α α )
(2.3.1)
1 2α
3
W przypadku kryształu o symetrii kubicznej istnieją trzy uprzywilejowane kierunki
krystalograficzne, a energię anizotropii magnetokrystalicznej moŜna przedstawić jako [35]:
2 2 2 2 2 2
2 2 2
E = K + K ( α α + α α + α α ) + K ( α α α ) ...
(2.3.2)
0 1 1 2 2 3 3 1 2 1 2 3
+
gdzie K K , ,... to stałe anizotropii mające wymiar energii na jednostkę objętości
0
,
1
K
2
(erg/cm 3 ). Pierwszy wyraz K
0
z uwagi na to, Ŝe nie zaleŜy od kąta jest zazwyczaj pomijany,
podobnie jak człony powyŜej drugiego rzędu (niekiedy nawet K
2
), których wkład jest na tyle
mały, Ŝe moŜna je zaniedbać [35]. Jeśli mamy do czynienia tylko z jedną osią łatwego
magnesowania (np. oś z heksagonalnej struktury gęstego upakowania Co), energia anizotropii
magnetokrystalicznej zaleŜy tylko od jednego kąta θ pomiędzy wektorem magnetyzacji
a osią z (tzw. anizotropia jednoosiowa) i moŜe być przedstawiona jako [35]:
2
4
E = K + K sin θ + K sin θ ...
(2.3.3)
0 1
2
+
7