Лекции по магнетизму, Боровик Е.С., Еременко В.В., Мильнер А.С., 2005

Лекции по магнетизму, Боровик Е.С., Еременко В.В., Мильнер А.С., 2005.
  Кратко изложены основные представления о магнитных свойствах вещества, а также основы учения о природе самопроизвольной упорядоченности в ферро- и антиферромагнетиках и технической кривой намагничивания. Даны краткие сведения о взаимодействии магнетиков с электромагнитным излучением: ядерном и электронном парамагнитном резонансах, ферро- и антиферромагнитном резонансах, о гамма-резонансе (эффекте Мессбауэра). Предполагается, что читатель знает основы термодинамики и знаком с квантовой теорией в объеме курса атомной физики.
Для студентов, специализирующихся в области магнетизма и изучающих общий курс физики в объеме, соответствующем программе физических факультетов университетов.

Простая планетарная модель сложных атомов.
При расчёте модели сложных атомов следует учесть взаимодействие электронов не только с ядром, но и друг с другом, т. е. решить механическую задачу со многими взаимодействующими телами. Между тем даже задача трёх тел не может быть решена точно.
Таким образом, при решении задачи о структуре сложного атома приходится прибегать к приближённым методам. Один из простейших методов заключается в следующем. Предполагается, что возможные квантовые состояния электрона в сложном атоме такие же, как в атоме водорода, а его состояние определяется тройкой квантовых чисел (n, l, ml). В основном, невозбуждённом состоянии атома электроны находятся на наинизших возможных квантовых уровнях. При этом для получения результатов, отвечающих опыту, пришлось предположить, что в одном квантовом состоянии, определяющемся тройкой квантовых чисел п, I, ml, может находиться не более двух электронов. Последняя закономерность была указана Паули и носит название принципа (или запрета) Паули. Энергия квантовых состояний по-прежнему в основном определяется главным квантовым числом п, но, в отличие от атома водорода, состояния с различными l обладают разной энергией из-за электрического взаимодействия между электронами. Минимальную энергию имеют состояния с малыми l. Состояния с большими l отвечают большей энергии. При Н = 0 состояния с различными ml обладают одинаковой энергией. В табл. 1.1 приведено количество мест для электронов в различных квантовых состояниях.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
Глава 1. Магнитные свойства электронной оболочки атома
§1.1. Планетарная модель атома
§1.2. Модель атома Бора-Зоммерфельда. Атом водорода
§1.3. Пространственное квантование
§1.4. Простая планетарная модель сложных атомов
§1.5. Экспериментальные факты, не объясняемые простой планетарной моделью
§1.6. Спин. Собственный магнитный момент электрона
§1.7. Векторная модель атома
§1.8. Магнитный момент атома. Фактор Ланде
§1.9. Эффект Зеемана
§1.10. Диамагнетизм электронной оболочки атома
Глава 2. Термодинамика магнитных явлений
§2.1. Общие закономерности
§2.2. Идеальные магнетики
§2.3. Магнето-термические и магнето-калорические соотношения
§2.4. Теплоёмкость
§2.5. Особенности термодинамического поведения некоторых магнетиков
§2.6. Вычисление магнитного момента тела
Глава 3. Экспериментальные методы исследования магнитной восприимчивости
§3.1. Источники магнитного поля
§3.2. Макроскопические характеристики магнитных свойств вещества
и основные методы их измерения
§3.3. Методы измерения восприимчивости слабомагнитных тел
§3.4. Методы исследования тел с большой восприимчивостью
Глава 4. Парамагнитные вещества
§4.1. Классическая теория Ланжевена
§4.2. Свойства парамагнетиков в малых полях
§4.3. Сравнение с экспериментом. Пары щелочных металлов. Соли
редкоземельных элементов
§4.4. Магнитные свойства ионов переходных элементов и влияние
поля кристаллической решётки
§4.5. Некоторые парамагнитные молекулы
§4.6. Свойства парамагнетиков в сильных полях
§4.7. Адиабатическое размагничивание и свойства парамагнетиков при температурах меньше 1 К
Глава 5. Диамагнитные вещества
§5.1. Диамагнитная восприимчивость атомов и ионов
§5.2. Свойства химических соединений
Глава 6. Магнитные свойства металлов
§6.1. Свойства электронов проводимости в металле
§6.2. Парамагнетизм свободных электронов
§6.3. Диамагнетизм свободных электронов
§6.4. Экспериментальные данные о магнитной восприимчивости металлов. Сравнение с теорией
§6.5. Свойства переходных металлов
Глава 7. Ферромагнетизм: основные опытные факты и формальная теория Вейсса
§7.1. Кривая намагничивания и особенности свойств ферромагнетиков
§7.2. Формальная теория ферромагнетизма
§7.3. Гиромагнитные опыты
Глава 8. Природа ферромагнитного состояния
§8.1. Основные идеи
§8.2. Некоторые сведения из квантовой механики
§8.3. Молекула водорода и обменная энергия
§8.4. Обменное взаимодействие и критерий ферромагнетизма
§8.5. Зависимость свойств ферромагнетиков от температуры. Атомные магнитные моменты ферромагнитных элементов
Глава 9. Антиферромагнетизм и ферримагнетизм
§9.1. Антиферромагнетизм
§9.2. Ферримагнетики
Глава 10. Энергия ферромагнитного состояния
§10.1. Характеристики технической кривой намагничивания
§10.2. Энергия естественной, или кристаллографической, магнитной анизотропии
§10.3. Энергия магнитострикционной деформации
§10.4. Экспериментальное определение констант магнитной анизотропии и их зависимость от температуры и состава ферромагнетика
§10.5. Энергия упруго деформированного ферромагнетика
§10.6. Энергия взаимодействия ферромагнетика с магнитным полем
Глава 11. Магнитострикция
§11.1. Магнитострикция поликристаллических ферромагнетиков
§11.2. Экспериментальные методы измерения магнитострикции
§11.3. Упругие напряжения и магнитострикция
Глава 12. Доменная структура ферромагнетиков
§12.1. Причина образования доменов
§12.2. Переходные слои между доменами
§12.3. Доменная структура в одноосном ферромагнитном кристалле
§12.4. Экспериментальное изучение ферромагнитных областей
§12.5. Доменная структура в магнитно-многоосном кристалле
§12.6. Тонкая структура доменной границы
§12.7. Цилиндрический магнитный домен
§12.8. Однодоменная структура
§12.9. Сверхпарамагнетизм
Глава 13. Кривые намагничивания
§13.1. Два типа процессов намагничивания
§13.2. Начальный участок кривой намагничивания
§13.3. Обратимые и необратимые процессы смещения границ
§13.4. Обратимые процессы вращения. Теория Акулова
§13.5. Влияние упругих напряжений на намагничивание ферромагнетиков
§13.6. Эффект Гопкинсона
Глава 14. Магнитный гистерезис
§14.1. Причины и типы гистерезиса
§14.2. Гистерезис, обусловленный задержкой смещения границ между доменами
§14.3. Гистерезис, обусловленный задержкой роста зародышей перемагничивания
§14.4. Гистерезис, обусловленный необратимым процессом вращения
§14.5. Магнитная анизотропия у антиферромагнетиков и смещённая петля гистерезиса
Глава 15. Ферромагнетики в нестационарных магнитных полях
§15.1. Магнитная вязкость (магнитное последействие)
§15.2. Ферромагнетики в переменных магнитных полях
§15.3. Определение комплексной магнитной проницаемости и тангенса угла потерь
§15.4. Дисперсия магнитной проницаемости
Глава 16. Магнитные свойства ядер атомов
§16.1. Обнаружение магнитных свойств ядер
§16.2. Энергия взаимодействия ядра с электронной оболочкой
§16.3. Эффект Зеемана для сверхтонкой структуры
§16.4. Правила перехода
§16.5. Методы определения величины магнитных моментов ядер
§16.6. Измерение магнитного момента нейтронов
§16.7. Основные результаты измерения магнитных моментов ядер.
§16.8. Магнитные моменты нечётно-чётных ядер
Глава 17. Электронный и ядерный парамагнитный резонанс
§17.1. Открытие парамагнитного резонанса
§17.2. Теория ядерного парамагнитного резонанса
§17.3. Экспериментальные методы наблюдения ЯПР
§17.4. Применение ЯПР
§17.5. Теория электронного парамагнитного резонанса
§17.6. Методы наблюдения ЭПР
§17.7. Применение ЭПР в химии и биологии
§17.8. Влияние внутрикристаллического поля и анизотропия q-фактора
§17.9. Квантовые парамагнитные усилители
Глава 18. Ферромагнитный резонанс
§18.1. Введение
§18.2. Влияние формы образца на резонансную частоту
§18.3. Влияние магнитной анизотропии на резонансную частоту
§18.4. Влияние доменной структуры на резонансную частоту
§18.5. Фактор Ланде
§18.6. Ферромагнитный резонанс ферримагнетиков
§18.7. Ширина линий ферромагнитного резонансного поглощения.
Глава 19. Ядерный гамма-резонанс (эффект Мёссбауэра)
§19.1. Резонансная флюоресценция гамма-квантов ядрами свободных атомов. Аналогия с оптической флюоресценцией
§19.2. Флюоресценция ядер в кристалле — эффект Мёссбауэра
§19.3. Разрешающая способность, значение эффекта Мёссбауэра. Схема опыта
§19.4. Применение эффекта Мёссбауэра к проблемам физики твёрдого тела
§19.5. Экспериментальные методы исследования эффекта Мёссбауэра
§19.6. Результаты экспериментальных исследований магнитоупорядоченных кристаллов методом ядерного гамма-резонанса
Глава 20. Стационарные магнитные структуры и влияние на них внешнего поля
§20.1. Нейтронографические исследования магнитоупорядоченных кристаллов и типы их магнитных структур
§20.2. Магнитная симметрия
§20.3. Теоретические методы отыскания магнитных структур
§20.4. Влияние внешнего магнитного поля на магнитную структуру кристалла
§20.5. Экспериментальное исследование опрокидывания магнитных подрешёток
Глава 21. Динамика магнитной решётки. Спиновые волны
§21.1. Общие представления о спиновых волнах
§21.2. Полуклассическая теория спиновых волн в ферромагнетике
§21.3. Спиновые волны в антиферромагнетике
§21.4. Спектр спиновых волн в области малых квазиимпульсов
§21.5. Экспериментальная проверка теории спиновых волн. Термодинамические свойства антиферромагнетиков
§21.6. Неупругое рассеяние нейтронов в магнитоупорядоченных кристаллах
Глава 22. Антиферромагнитный резонанс и взаимодействие антиферромагнетиков со светом
§22.1. Антиферромагнитный резонанс — метод определения энергетической щели в спин-волновом спектре антиферромагнетика
§22.2. Поглощение света в антиферромагнетиках. Исследование спинволнового спектра вблизи границы зоны Бриллюэна
§22.3. Рассеяние света в магнитоупорядоченных кристаллах
Глава 23. Магнитные материалы для статического и низкочастотного режима эксплуатации
§23.1. Введение
§23.2. Железо — мягкий магнитный материал
§23.3. Электротехническая железо-кремнистая сталь
§23.4. Железоникелевые сплавы
§23.5. Мягкие магнитные материалы с особыми магнитными свойствами
Глава 24. Высокочастотные магнитные материалы и их применение
§24.1. Ферриты
§24.2. Магнитные свойства ферритов
§24.3. Некоторые магнито-оптические явления в ферритах
§24.4. Некоторые применения высокочастотных ферромагнетиков
§24.5. Основные типы ферритов, применяемых в технике высоких частот
Глава 25. Материалы для постоянных магнитов
§25.1. Характеристики постоянных магнитов
§25.2. Магнитножесткие сплавы
§25.3. Материалы из порошков и ферритов
Глава 26. Динамика магнитных доменов и их применение для записи информации
§26.1. Предельная скорость доменной границы
§26.2. Вынужденное движение доменных границ
§26.3. Излучение звука при движении доменной границы
§26.4. Динамика цилиндрического магнитного домена
Глава 27. Применение магнитных материалов
§27.1. Запись информации в магнитофоне
§27.2. Запись информации на ЦМД
§27.3. Технологические основы ЦМД-устройств
§27.4. Перспективы развития магнитной памяти
Приложение
Список литературы.