WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

состоянии e2, но населенности этих состояний будут Хотя такого рода предсказания и были сделаны в ряде различными и зависящими от предыстории образца. В работ, однако известные экспериментальные данные одчастности, при движении вдоль верхней кривой петли нозначно свидетельствуют об его отсутствии в больших гистерезиса относительные доли частиц в группах равны (по сравнению с размером частицы) объемах. В рамках p1 = 1, p2 = 0. Намагниченность M3 третьей группы приближения эффективного поля имеем равна линейной комбинации вкладов частиц, блокирован ных в этих двух состояниях. Полную намагниченность M(H) = M1(n, He) +M2(n, He) системы получим, суммируя вклады всех фракций и усредняя результат по ориентациям легких осей с учетом +M3(n, He) dn, (7) их изотропного распределения 1 а в пределе слабых полей ( 0) M0(H) = M1(n, H) +M2(n, H) = 0(1 + 0/3), (8) +M3(n, H) dn. (4) где 0 — восприимчивость в одночастичном приближеВ области слабых полей намагниченность линейно за- нии, вычисляемая по (5). Из (8) видно, что величину висит от напряженности поля, а начальная восприимчи- 0 можно рассматривать как безразмерный параметр, вость M/H, согласно (4), будет равна определяющий степень влияния магнитодипольных межчастичных взаимодействий на намагниченность ферроdколлоидов в слабом поле. Это влияние мало при 0 µ0c M0 = m2(x) f (x)dx +. (5) и приводит к двукратному увеличению намагниченности 3kT H H=при 0 = 3.

Известно, что на равновесную намагниченность магнитных жидкостей сильное влияние оказывают магнито- 3. Результат расчета и сравнение дипольные межчастичные взаимодействия. В концентрис экспериментом рованных растворах учет этих взаимодйствий приводит к двух-, трехкратному увеличению начальной восприим- Намагниченность отвержденных ферроколлоидов расчивости [7,8,11]. Отвержденные магнетитовые коллоиды считывалась нами по уравнениям (2)–(7) для параменеравновесны лишь в слабой степени: вклад в намаг- тров распределения частиц по размерам, определенных ниченность частиц с ”блокированными” моментами в в опытах с магнитной жидкостью при = 100 s и наших опытах не превышает 1% (см., например, рис. 1). комнатной температуре 293 K. Остальные параметры Естественно поэтому применить к ним теоретические варьировались для оценки роли различных факторов модели, развитые для магнитных жидкостей и позволя- в формировании магнитных свойств ферроколлоидов.

ющие вполне удовлетворительно описать эффекты, свя- Единственным подгоночным параметром была константа занные с магнитодипольными взаимодействиями [7,8,12]. эффективной анизотропии. Она определалась из условия Далее используется модифицированный вариант средне- совпадения расчетной остаточной намагниченности с го поля [8], удобный для расчетов и обеспечивающий экспериментально измеренной. Поскольку дисперсный 8 Физика твердого тела, 1998, том 40, № 1066 А.Ф. Пшеничников, В.В. Мехоношин состав частиц в образцах был одинаков, разброс по нитной фазы в образце как величина, строго пропорциконстантам магнитной анизотропии оказался небольшим. ональная этой концентрации. Коэффициент пропорциоВеличина K изменялась в диапазоне от 14.3 до 16.6 kJ/m3. нальности, зависящий от напряженности поля, находился Наличие магнитной анизотропии и потеря суперпара- по результатам измерений со слабоконцентрированным коллоидом, т. е. с наименьшим влиянием межчастичных магнитными частицами вращательных степеней свободы взаимодействий на намагниченность. Можно считать, что приводят к уменьшению их вклада в намагниченность твердого коллоида по сравнению с ланжевеновской тео- результаты расчета удовлетворительно согласуются с данными эксперимента и свидетельствуют о применирией. Относительное уменьшение намагниченности намости модели эффективного поля (6) к отвержденным ходится на уровне 10–16% и достигает максимума в ферроколлоидам. Видно, что их влияние в случае слаполях, приближающихся по порядку величины к полю бых полей и концентрированных коллоидов приводит к анизотропии.

увеличению намагниченности примерно в 2 раза. Хотя Учет тепловых флуктуаций ”блокированных” магнитв отвержденных коллоидах этот эффект оказывается ных моментов приводит к поправкам около 1–2%, конемного слабее, чем в магнитных жидкостях, он выраторыми можно пренебречь без заметного ущерба. Это жен достаточно сильно и пренебрегать им, разумеется, означает, что направления ”блокированных” магнитных нельзя.

моментов можно с хорошей точностью считать совпаОдним из следствий межчастичных взаимодействий дающими с направлениями, соответствующими минимуявляется нелинейная зависимость начальной восприиммам потенциальной энергии. Роль самой блокировки (т. е.

чивости от концентрации магнитной фазы. Поскольку отклонение системы от равновесной) оказывается уже одночастичная восприимчивость 0 пропорциональна существенной. Соответствующее уменьшение намагничисловой плотности частиц, в рамках выбранной нами ченности в слабых полях достигает 10–40%. Эффект теоретической модели концентрационная зависимость блокировки и влияние анизотропии на поведение суперначальной восприимчивости должна описываться парапарамагнитных частиц в области средних полей складыболой (8). Сопоставление формулы (8) с эксперименваются и дают суммарное уменьшение намагниченности тальными данными для различных образцов показало отвержденного ферроколлоида по сравнению с жидким, их хорошее согласие при условии, что коэффициент показанное на рис. 2.

пропорциональности между объемной долей магнитной Влияние межчастичных взаимодействий на намагнифазы и одночастичной восприимчивостью 0 опредеченность ферроколлоида (M = 83 kA/m) показано ляется по данным для ферроколлоида с наименьшей на рис. 3, где через M0 обозначена намагниченность концентрацией.

в одночастичном приближении. Количественной мерой Итак, нами проведено экспериментальное и теоретиэтого влияния выбрано относительное приращение наческое исследование диэлектрических ферроколлоидов с магниченности при ”включении” межчастичных взаимооднодоменными магнетитовыми частицами, помещенныдействий. Поскольку в реальном эксперименте межчами в твердую матрицу. Для выбранных систем характерстичные взаимодействия ”выключить” невозможно, наны хаотическая ориентация осей легкого намагничивамагниченность M0 вычислялась по концентрации магния и широкое распределение частиц по размерам при среднем диаметре магнитного ядра 7–9 nm. Основное внимание было уделено изучению различных факторов, существенно влияющих на свойства системы. Предложена теоретическая модель, описывающая свойства системы однодоменных частиц с учетом этих факторов, и проведено сравнение с экспериментальными данными.

Оказалось, что наибольшее влияние на намагниченность системы оказывают межчастичные магнитодипольные взаимодействия. Последние приводят к увеличению начальной восприимчивости примерно в 2 раза, их влияние на суперпарамагнитную фракцию частиц может быть описано вполне корректно в рамках модифицированной модели эффективного поля с одновременной перенормировкой эффективной константы анизотропии. Магнитная анизотропия крупнодисперсной фракции частиц проявляется в слабых полях вследствие блокировки магнитных моментов в локальном потенциальном минимуме. Она приводит к очень слабому гистерезису и уменьшению намагниченности на несколько десятков процентов по Рис. 3. Влияние магнитодипольных межчастичных взаимосравнению с равновесным значением. Остаточная надействий на намагниченность отвержденного ферроколлоида.

магниченность концентрированных ферроколлоидов наСплошная линия — расчет по формулам (2)–(7), точки — эксперимент. ходится на уровне нескольких десятков A/m и на три Физика твердого тела, 1998, том 40, № Магнитные свойства отвержденных ферроколлоидов порядка меньше их намагниченности в сильных полях.

Магнитная анизотропия мелкодисперсной фракции проявляется в области средних полей, сопоставимых с полем анизотропии, и уменьшает намагниченность примерно на 10–20% по сравнению с ланжевеновским значением.

Что касается тепловых флуктуаций ”блокированных” магнитных моментов, то они практически не влияют на намагниченность системы.

Авторы благодарны К.И. Морозову и В.И. Степанову за обсуждение результатов и полезные замечания.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 9703-32119).

Список литературы [1] R.W. Chantrell, J. Popplewell, S.W. Charles. J. Magn. Magn.

Mater. 15–18, 2, 1123 (1980).

[2] A. Tari, J. Popplewell, S.W. Charles. J. Magn. Magn. Mater.

15–18, 2, 1125 (1980).

[3] K. O’Grady, R.W. Chantrell. In: Studies of Magnetic Properties of Fine Particles and their Relevance to Materials Science. Elsevier Science Publishers B.V. (1992). P. 93.

[4] M. Hanson, V. Johansson, M.S. Pedersen, S. Morup. J. Phys.:

Condens. Mater. 7, 9269 (1995).

[5] J.L. Dormann. In: Studies of Magnetic Properties of Fine Particles and their Relevance to Materials Science. Elsevier Science Publishers B.V. (1992). P. 115.

[6] А.Ф. Пшеничников, А.В. Лебедев, К.И. Морозов. Магнит.

гидродинамика 1, 37 (1987).

[7] A.F. Pshenichnikov, V.V. Mekhonoshin, A.V. Lebedev. J.

Magn. Magn. Mater. 161, 94 (1996).

[8] Ю.Л. Райхер. ДАН СССР 279, 2, 354 (1984).

[9] М.И. Шлиомис. УФН 112, 3, 427 (1974).

[10] L. Nel. Ann. Geophys. 5, 99 (1949).

[11] A.F. Pshenichnikov. J. Magn. Magn. Mater. 145, 319 (1995).

[12] К.И. Морозов. Изв. АН СССР. Сер. физ. 51, 6, 1073 (1987).

8 Физика твердого тела, 1998, том 40, №

Pages:     | 1 ||



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.