WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

n n ~ ~ ~ I (T ) cos(i (T )) (T )) ~S cos(i ~ ~ ~ ~ i=1 i=IT (T ) = = IS(T ), (1) n n ~ ~ где IS(T ) - спонтанная намагниченность ферримагнетика в температурной точке ~ T, которая определяется согласно следующим уравнениям, выражающим теорию коллинеарного ферримагнетизма Нееля (уравнения в безразмерном виде):

~ ~ 1 ~ ~ ~ ~ ISA(T ) = BS ( ISA (T ) - ISB(T )), (2) ~ T ~ ~ 1 ~ ~ ~ ~ ISB(T ) = BS ( ISB(T ) - ISA(T )), ~ T ~ ~ ~ ~ ~ ~ IS(T ) = ISA(T ) + ISB(T ), (3) ISA ISB ~ ~ s +ISA = ISB = где,, = ; ISA, ISB – спонтанные намагниченности ISA0 ISB0 3s ISA0 = IS0 ISB0 = IS0 - ферримагнитных подрешёток А и В соответственно, ;

спонтанные намагниченности ферримагнитных подрешёток А и В при температуре абсолютного нуля;, - доли магнитных ионов в ферримагнитных подрешётках А и В соответственно;, - константы молекулярного поля, s- 2s +1 (2s +1)x 1 x BS(x) = cth спин; - cth - функция Бриллюэна для случая 2s 2s 2s 2s спин-спинового взаимодействия, когда орбитальное квантовое число L=0.

~ В (1) угол i(T ) - это угол между вектором спонтанной намагниченности ~ ~ IS и вектором напряжённости намагничивающего поля H (см. рис.2), который определяется при совместном решении следующих уравнений:

~ ~ IS0 ~ ~ ~ E(T ) = - (IS(T )) cos2( - (T )) H,(4) 3 | K10 | ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ - (ISA (T )) + (ISB(T )) cos2( - (T )) - IS(T ) H cos((T )) IS0 H~ ~ E(T ) = 0, (5) ~ ~) E(T > 0, E ~ ~ H E = H = где E0, Е0=IS0H0, H0=1Э, H0, Н – напряжённость намагничивающего поля, первый член уравнения (4) – плотность энергии анизотропии формы, второй член (4) – плотность магнитной кристаллографической анизотропии, третий член (4) – плотность энергии магнитного момента в магнитном поле напряжённостью Н; K10- первая константа кристаллографической анизотропии при температуре абсолютного нуля, – угол между осью лёгкого ~ намагничивания одноосного ферримагнитного зерна и вектором H.

~ Рис.2. Одноосное однодоменное ферримагнитное зерно в магнитном поле напряжённостью H.

ОЛН – ось лёгкого намагничивания, - угол, соответствующий минимуму полной энергии системы (см. (4)-(5)).

В §2.5. представлены принципы расчёта в рамках построенной модели температурно-полевых зависимостей намагниченности. В §2.6. приведены краткие итоги второй главы.

В третьей главе представлены результаты численного моделирования, полученные в рамках построенной модели явления самообращения намагниченности горных пород. В §3.1. приведены расчетные температурные ~ ~ зависимости термонамагниченности IT (T ) при разных значениях ~ H напряжённости постоянного магнитного поля. Рассмотрены случаи ансамблей одинаковых ферримагнитных зёрен и ансамблей ферримагнитных зёрен с разными значениями констант молекулярного поля,. При ~ ~ ~ H классификации расчётных кривых IT (T ) в зависимости от значений ~ ~ выделено три типа. Первый тип кривых IT (T ) получен для “слабых” магнитных полей, величина напряжённости которых меньше коэрцитивной силы ансамбля ферримагнитных зёрен HC во всем рассматриваемом температурном диапазоне, ~ TK он характеризуется единственной точкой (температурой) компенсации и наличием эффекта самообращения намагниченности (см. рис.3, кривая 1).

~ ~ Второй тип кривых IT (T ) получен в «сильных» магнитных полях, величина напряжённости которых больше HC также для всех значений температур, для него характерно подавление эффекта самообращения и, в случае ~ TK ансамбля одинаковых зёрен, наличие единственной (рис.3, кривая 2), а в случае ансамбля зёрен разного химического состава (с разными (, )) - ~ TK отсутствие.

~ ~ T T ~ H T/TC Рис.3. Кривые температурной зависимости термонамагниченности ансамбля одинаковых ~ ~ невзаимодействующих ферримагнитных зёрен в “слабом” H (кривая 1) и “сильном” H W ST (кривая 2) магнитных полях.

~ ~ Третий промежуточный тип кривых IT (T ) получен в “средних” ~ магнитных полях при значениях H, сравнимых с HC, его отличительными особенностями является эффект самообращения и, в случае ансамбля одинаковых ~ TK зёрен, наличие двух (см. рис.4-5), а в случае ансамбля разных зёрен – наличие ~ ~ ~ TK IT (T ) одной или двух. Конкретный вид кривой в “средних” магнитных полях (как на рис. 4 или как на рис.5) зависит от соотношения в (4) между плотностью энергии анизотропии формы ЕФ и плотностью энергии магнитной кристаллографической анизотропии ЕK.

~ ~ T T ~ H T/TC Рис.4. Кривые температурной зависимости термонамагниченности ансамбля одинаковых невзаимодействующих ферримагнитных зёрен, полученные при разных значениях ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ напряжённости намагничивающего поля ( H < H < H < H < H, где H и H – W 1 2 3 ST W ST напряжённости “слабого” и “сильного” магнитных полей соответственно).

Случай ЕФ >>EK (см. уравнение (4)).

В § 3.2. приведены зависимости термонамагниченности от постоянных магнитных полей. Показано, что самообращение намагниченности – это эффект слабых магнитных полей. В “сильных” магнитных полях самообращение подавляется.

~ ~ T T ~ ~ 0,H H 0,0, -0,Рис.5. Кривая температурной зависимости термонамагниченности ансамбля одинаковых ~ ~ ~ одноосных, однодоменных, ферримагнитных зёрен в намагничивающем поле H < H < H, W ST ~ ~ где H и H – напряжённости “слабого” и “сильного” магнитных полей соответственно.

W ST Случай ЕФ <

В четвёртой главе представлено сопоставление результатов численного моделирования с экспериментальными данными по самообращению намагниченности природных пикроильменитов, синтезированных гемоильменитов, базальтов Атлантического Океана и др. Проведена интерпретация ряда экспериментальных данных по самообращению намагниченности горных пород в рамках представленной однофазной модели явления самообращения намагниченности N типа Нееля. На примере одной серии экспериментальных данных по самообращению намагниченности природных титаномагнетитов поставлена и решена обратная задача. По экспериментальной кривой температурной зависимости термонамагниченности IT(Т) образца горной породы, содержащего природные титаномагнетиты, полученной при охлаждении изучаемого образца во внешнем магнитном поле, определены константы молекулярного поля,, характеризующие ферримагнитные вкрапления этой горной породы. Найдено такое множество приведённых констант молекулярного поля (,), каждая точка из которого соответствует теоретической зависимости IT(,,Т), полностью лежащей внутри экспериментального диапазона IT(Т)±IT(Т), где IT(Т)±IT(Т) экспериментальная кривая IT(T) с соответствующим коридором ошибок, полученная при охлаждении образца горной породы во внешнем магнитном поле.

В заключении рассмотрены перспективы дальнейшего теоретического и экспериментального изучения процессов самообращения намагниченности горных пород и представлены выводы диссертации.

Приведённый после заключения список использованной литературы содержит 76 ссылок.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ На защиту выносятся следующие положения:

1. На основании теории коллинеарного ферримагнетизма Нееля и уравнения баланса энергий построена полуфеноменологическая модель явления самообращения намагниченности горных пород, базовым физическим механизмом которой является однофазный механизм самообращения намагниченности N типа Нееля. В качестве модели горной породы рассмотрен ансамбль одноосных однодоменных невзаимодействующих ферримагнитных зёрен.

2. В рамках построенной модели рассчитаны теоретические зависимости термонамагниченности IT(T) ансамбля ферримагнитных зёрен в широком диапазоне магнитных параметров,, Н, IS0, K10, где, - константы молекулярного поля, Н- напряжённость внешнего магнитного поля, IS0, K– спонтанная намагниченность ферримагнетика и первая константа кристаллографической анизотропии при температуре абсолютного нуля.

При классификации расчетных кривых IT(T) в зависимости от значения Н выделено три типа зависимостей IT(T), два из которых характеризуют разный ход процессов самообращения намагниченности.

3. Проведенное сопоставление расчетных кривых температурной зависимости термонамагниченности IT(T) с кривыми IT(T), полученными в экспериментах по самообращению намагниченности на образцах природных пикроильменитов, синтезированных гемоильменитов и природных титаномагнетитов демонстрирует качественное соответствие результатов моделирования экспериментальным данным.

4. В рамках построенной модели явления самообращения намагниченности N типа смоделировано и изучено самообращение намагниченности горных пород, связанное как с выбором констант молекулярного поля, из диапазона N типа, так и с диффузией магнитных ионов между ферримагнитными подрешётками.

5. Построенная модель явления самообращения намагниченности горных пород существенно расширяет возможности физического эксперимента и позволяет детально исследовать процессы самообращения намагниченности по механизму N типа во всём диапазоне магнитных параметров, таких как константы молекулярного поля,, напряжённость намагничивающего поля Н и др., без необходимости проведения соответствующих лабораторных экспериментов.

СПИСОК РАБОТ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

Основное содержание диссертации и результаты выполненных исследований опубликованы в следующих работах:

1. В.И. Трухин, Н.С. Безаева. Самообращение намагниченности природных и синтезированных ферримагнетиков // Успехи Физических Наук. - 2006. - Том 176. - №5. - С. 507-535.

2. В.И. Трухин, Н.С. Безаева, Т.В. Матвеева, П. Рошетт. Физическая и компьютерная модели явления самообращения намагниченности горных пород// Физика Земли. – 2006. - №2. - C. 50-63.

3. Н.С. Безаева, Т.В. Матвеева, В.И. Трухин. Модель явления самообращения намагниченности горных пород // Вестник Московского Университета.

Серия 3. Физика. Астрономия. – 2005. - № 2. – C. 59-61.

4. В.И. Трухин, Т.В. Матвеева, Н.С. Безаева. Моделирование самообращения намагниченности горных пород// Сборник тезисов докладов научной конференции Ломоносовские чтения. Секция физики. - Апрель 2005. - C.

140-142.

5. V.I. Trukhin, N. Bezaeva, E. Kurochkina. The paleomagnetic field and possible mechanisms for the formation of reverse rock magnetization// International Conference “Moscow International Symposium on Magnetism”, Russia, Moscow, June 25-30, 2005, Books of abstracts of MISM - P. 698.

6. В.И. Трухин, Н.С. Безаева. Геомагнитное поле и эволюция Земли // Экология и жизнь. – 2007. - №1. - C. 38-43.

ЛИТЕРАТУРА [1] Nagata T., Uyeda S., Akimoto S., Self-reversal of thermoremanent magnetization of igneous rocks, J. Geomag. Geoelect., vol.4, p.22-38, 1951.

[2] Nel, L., L’inversion de l’aimantation permanente des roches, Annales de Gophysique, vol. 7, №2, p.90-102, 1951.

[3] Nel L., Proprits magntiques des ferrites: ferrimagntisme et antiferromagntisme, Annales de Physique (Paris), vol.3, p.137-198, 1948 (Имеется перевод: сборник «Антиферромагнетизм», Москва: ИЛ, 1956).

[4] Трухин В.И., Караевский С.Х., Самообращение намагниченности природных пикроильменитов, Москва: МГУ, 1996.

[5] Трухин В.И., Жиляева В.А., Томилин Е.Ф., Конилов А.Н., Особенности и возможный механизм самообращения TRM синтезированных гемоильменитов, Физика Земли, №2, стр. 52-59, 1997.

[6] Трухин В. И., Жиляева В. А., Курочкина Е. С., Самообращение намагниченности природных титаномагнетитов, Физика Земли, том 40, №6, стр. 42-53, 2004.

Подписано к печати 27.12.Тираж 100 экз. Заказ № Отпечатано в отделе оперативной печати Физического факультета МГУ

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»