ГЛАВА СЕДЬМАЯ. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СЛАБОМАГНИТНЫХ ВЕЩЕСТВ

Прежде чем излагать основные методы исследования слабомагнитных веществ, следует кратко остановиться на свойствах диамагнетиков и парамагнетиков, а также рассмотреть основные закономерности, которым подчиняются ферромагнитные материалы в парамагнитной области.

К диамагнетикам относятся все инертные газы, многие металлы (медь, серебро, цинк и др.) и некоторые металлоиды (кремний, фосфор и др.; см. табл. VI приложения). Атомная магнитная восприимчивость диамагнетиков отрицательна и по абсолютной величине очень мала и практически не зависит от температуры.

Согласно классической теории, диамагнитные свойства слабовзаимодействующих атомов и молекул появляются в результате того, что электронная оболочка их начинает прецессировать вокруг направления постоянного магнитного поля с некоторой угловой скоростью. В результате этого появляется дополнительный магнитный момент, направленный против поля. Атомная диамагнитная восприимчивость в этом случае определяется по формуле

где число электронов данного атома, число Авогадро, масса электрона, заряд электрона и среднее по времени значение квадрата проекции радиуса электронной орбиты [13, 17].

Квантовомеханическая теория диамагнетизма, разработанная Ван-Флеком [38], дает такую же формулу для атомной диамагнитной восприимчивости, с той только разницей, что вычисления производятся по законам квантовой механики. Диамагнетизм металлов как в твердом, так и в жидком состоянии обусловлен не только ионами кристалла, но и электронами проводимости.

Ландау [24] рассмотрел действие магнитного поля на свободные электроны и получил формулы для диамагнитной восприимчивости электронного газа:

где магнетон Бора, — постоянная Планка и число электронов в единице объема.

Эта формула была получена без учета действия периодического поля решетки на электроны проводимости. В действительности диамагнитная восприимчивость металлов состоит из трех частей: диамагнитной восприимчивости ионов, восприимчивости электронов проводимости и восприимчивости, зависящей от величины и характера взаимодействия электронов и ионов в кристаллической решетке.

Многочисленными исследованиями было также показано, что диамагнитная восприимчивость многих металлов в области низких температур зависит от напряженности магнитного поля [6, 7, 13, 39].

Парамагнитными свойствами обладают те вещества, атомы которых имеют постоянный магнитный момент независимо от наличия внешнего магнитного поля. Тепловое движение мешает ориентации этих магнитных моментов. Поэтому намагниченность у парамагнетиков возникает только при действии внешнего магнйтного поля, при этом линейно зависит от Порядок величины восприимчивости парамагнетиков

Классическая и квантовомеханическая теория парамагнетизма приводит к одному и тому же выражению для парамагнитной восприимчивости, которая подчиняется закону Кюри:

где фактор Ланде, постоянная Больцмана, квантовое число, равное векторной сумме орбитального квантового числа I и спинового квантового числа

Постоянная Кюри

Из экспериментальных данных можно найти величину С, а затем по формуле (7.3) нетрудно рассчитать число магнетонов, приходящихся на атом вещества

Исследования температурной зависимости магнитной восприимчивости нормальных парамагнетиков, а также ферромагнитных

металлов и сплавов выше ферромагнитной точки Кюри показывают, что их восприимчивость в большинстве случаев следует более сложному закону Кюри-Вейсса

где парамагнитная точка Кюри.

Пока наиболее подробно изучена температурная зависимость парамагнитной восприимчивости никеля и его сплавов с неферромагнитными компонентами. Экспериментально установлено [40], что для этих сплавов парамагнитная восприимчивость изменяется с температурой по более сложному закону, чем (7.6), а именно

где восприимчивость, не зависящая от температуры.

Систематические данные о восприимчивости никелевых сплавов в парамагнитной области, приведенные в работах [12, 32], показывают, что даже для никеля справедлив закон (7.7), а не (7.6).

Парамагнитная восприимчивость свободного электронного газа, как известно, у большинства парамагнитных металлов не зависит от температуры. Эта восприимчивость определяется теоретическим соотношением

Парамагнитная восприимчивость ферромагнитных соединений, к которым, в частности, относятся ферриты, следует не закону Кюри-Вейсса, а закону Нееля, который имеет вид [41]

где константы и в зависят от состава феррита.

Квантовомеханическая теория парамагнетизма ферритов, предложенная Власовым и Ишмухаметовым [9], дает ту же температурную зависимость обратной величины восприимчивости, что и формула Многочисленные исследования температурного хода восприимчивости, выполненные рядом авторов [11, 33, 34,42], показали, что соотношение (7.9) как для простых, так и для смешанных ферритов выполняется в широком температурном интервале. Эти исследования позволили установить определенные закономерности для констант, входящих в формулу (7.9).