Основные типы магнитных состояний вещества

 
Вопросы для самопроверки 
1. Каковы зависимости удельного сопротивления и температурного коэффициента 
сопротивления от толщины металлической плёнки на непроводящей подложке? 
2. Как меняются свойства магнитных тонких пленок с ростом (или с уменьшением) их 
толщины и что является основной причиной таких изменений? 
3. Каковы основные доменные структуры тонких пленок различной толщины? 
 
2.7. Наноразмерные частицы из магнитных материалов 
 
15
Впервые описаны в: Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц, К теории дисперсии магнитной проницаемости 
ферромагнитных тел, Phys. Zs. Sowjet. 8, 153–169 (1935). 

---

68 
Магнитные свойства наноразмерных частиц (наночастиц) определяются наряду с 
материалом, из которого они изготовлены, их геометрической формой и размерами. С ними 
связана магнитная энергии частицы, которая и контролирует её магнитное состояние. Она 
является суммой, включающей обменную энергию, энергию магнитной анизотропии, 
магнитоупругую энергию (энергия магнитострикции), энергию взаимодействия между 
частицами.
Обменная энергия учитывает магнитные взаимодействия между атомами (ионами), 
входящими в состав частицы. Подобные взаимодействия, которые могут быть описаны
только лишь в рамках квантово-механических представлений, осуществляются как 
непосредственно за счет перекрывания орбиталей магнитоактивных атомов (прямые 
взаимодействия), так и при участии орбиталей промежуточного немагнитного атома 
(косвенные взаимодействия), как это рассмотрено в разделе 1.3. 
Под энергией магнитной анизотропии понимается та часть магнитной энергии
частицы, которая зависит от ориентации вектора суммарной намагниченности относительно 
главных кристаллографических осей. Основной вклад в неё дает магнитокристаллическая 
анизотропия, источником которой является спин-орбитальное взаимодействие (см. 
раздел 1.4). На это взаимодействие существенное влияние оказывают окружающие атомы и
симметрия их расположения в кристалле. Так спин атома (иона) в кристаллической 
решетке через посредство электронных орбиталей начинает «чувствовать» кристаллическое 
поле решетки и согласовывать свою собственную магнитную ориентацию с кристаллической 
решеткой. Помимо магнитокристаллической анизотропии, энергия магнитной анизотропии 
включает в себя еще четыре составляющие: морфологическую анизотропию, связанную с 
геометрической формой частицы (цилиндрическую частицу легче намагнитить вдоль ее оси, 
чем вдоль ее радиуса); анизотропию механического напряжения, возникающую вследствие
внутренних или внешних напряжений, обусловленных, например, быстрым охлаждением
или отжигом образца во внешнем магнитном поле; обменную анизотропию, возникающую 
при контакте ферромагнитной фазы с ферримагнитной или антиферромагнитной оболочкой 
(например, ферримагнитные оксиды, образующие оболочку вокруг ферромагнитных ядер
металлических наночастиц). Однако следует иметь в виду, что для наноразмерных частиц 
наибольшее значение имеют энергии магнитокристаллической и морфологической 
анизотропии. 
Магнитоупругая энергия обусловлена тем, что при намагничивании кристалла
происходит его спонтанная деформация, в результате которой кристалл понижает свою
симметрию. Это явление, называемое магнитострикцией (magnetostriction), объясняется
тем, что общая энергия кристалла понижается вследствие вызванных деформацией
изменений обменной энергии и энергии магнитной анизотропии. Возникновение

---

69 
деформации одновременно приводит и к возрастанию упругой энергии, поэтому 
результирующее состояние соответствует определенному равновесию между стремлением
к понижению энергии магнитного состояния и возрастанием энергии за счет действия
упругих сил. Однако проигрыш в энергии, вызванный упругими силами, должен быть
меньше, чем выигрыш в магнитной энергии за счет деформации кристалла, так как в 
противном случае не возникала бы магнитострикция.
Энергия взаимодействия между ферромагнитными или ферримагнитными частицами,
характеризующимися ненулевым суммарным магнитным моментом, обусловлена 
диполь-дипольным вкладом. Ферромагнитные выделения, расположенные в немагнитной 
матрице, также могут взаимодействовать как магнитные диполи.
В отношении формы, наиболее распространенными в практических приложениях и 
удобными для анализа закономерностей магнитного поведения являются сферические и 
дискообразные частицы.
Сферические наночастицы из магнитного материала могут иметь одну из трех 
возможных доменных структур, схематически показанных на рис. 2.8. Это однодоменные, 
многодоменные и структуры с вихревой намагниченностью.