磁致伸缩原理.PPT

铁磁性物质的形状在磁化过程中发生形变的現象，叫磁致伸缩。由磁致伸缩导致的形变?l / l 一般比较小，其范围在10-5?10-6之间。虽然磁致伸缩引起的形变比较小，但它在控制磁畴结构和技术磁化过程中，仍是一个很重要的因素。 应变?l /l 随外磁场增加而变化，最终达到饱和? 。产生这种行为的原因是材料中磁畴在外场作用下的变化过程。每个磁畴内的晶格沿磁畴的磁化强度方向自发的形变e 。且应变轴随着磁畴磁化强度的转动而转动，从而导致样品整体上的形变。 式中：e 为磁化饱和时的形变， ? 覌察方向(测试方向)与磁化强度方向之间的夹角。 H 14、磁致伸缩 在退磁状态，磁畴磁化强度的方向是随机分布，其平均形变为 饱和状态时 则饱和磁致伸缩为 这样在磁畴中的自发应变可以用? 表示： 因子3/2经常出现在公式中，是因为?定义为相对于退磁状态的形变。 以上的讨论是假设自发形变3?/2是一个常数，与自发磁化强度的晶体学方向无关。这种性质的磁致伸缩被称为各向同性磁致伸缩(Isotropic magnetostriction)。 各向同性的磁致伸缩的伸长量是随磁化强度的大小而改变。以Co为例，钴是六角晶系，C-轴为易磁化轴。磁化是通过1800畴壁位移来完成的。假设磁场方向与C-轴的夹角为?，位移完成的磁化强度I =Iscos? 。 , 在磁场比较小时，畴壁位移完成，但是磁化强度方向仍然在易轴C方向，因而没有磁致伸长。在高磁场下，磁化强度向外场方向转动，此时伸长量变化 显然，当?=0时，?( ?l /l )=0;也就是说，在易轴方向加磁场，从退磁状态到饱和状态样品的长度没有变化。如果磁场H与易轴垂直?=?/2,则?( ?l/l )=3/2 ?。?从0到?/2 时，见右图，不同角度?,?l/l –I/Is的变化曲线都不一样。 对于K10的立方晶体，在退磁状态下，每个磁畴的磁化强度方向平行于?100?方向中的一个方向，因此平均伸长为( ?l /l )dem=?/2,而与观察方向无关。如果沿[100]方向磁化到饱和，则( ?l/l )sat=3?/2.因此 c H ?l (1800畴) c 第二种情况，900和1800壁移同时进行，则 当晶体沿着[111]方向磁化时，首先发生1800壁移，与100，010，001相反的磁畴全部消失，此时磁化强度 I =Is/√3=0.557 Is 。然后磁化强度向H方向转动。 在该过程中，I =Iscos? , ?为Is与H之间夹角， 时 时 因此有: 整个磁化过程中完全通过畴壁位移进行。磁畴壁有900和1800两种畴壁。在低场下，与单轴Co的情况一样1800畴壁位移对伸长没有贡献。900畴壁位移对伸长起作用。第一种情况，在磁化过程中，首先是1800壁位移，当I 增加到Is/3时,对伸长没有影 响。900畴壁位移开始，样品长度才会改变。 因此就有： 对于 对于 , , 当晶体沿[100]方向磁化 实验结果：111方向磁化，磁致伸缩为负值，因此符号和大小均依赖于磁化强度的晶体学方向，称为各向异性磁致伸缩(anisotropic magnetostriction)。沿110方向磁化实验结果，在磁化过程初期，由900壁移导致一个轻微的正的伸长，而在随后的转动磁化过程中，观察到相当大的一个收缩。 沿着[100]方向磁化时，覌察不到各向异性磁致伸缩效应，因为Is在整个磁化过程中，总是平行于100方向中的一个。 用?100和?111给出磁致伸缩公式 对于各向同性的磁致伸缩，?100=?111= ? 。 对于多晶材料的磁致伸缩是各向同性的，因为总的磁致伸缩是每个晶粒形变的平均值，即使?100??111。假定?i = ?i ( i =1 ,2 ,3),对不同晶粒取向求平均，得平均纵向磁致伸缩为 对于立方晶体 磁化强度方向( ?1,?2,?3 ) , 观测方向(?1,?2,?3) 若使z-轴平行六角晶体的C-轴，则沿C-轴的形变量为 对于钴晶体测得： ?A=-45x10-6 ?B=-95x10-6 ?c=+110x10-6 ??D=-100x10-6 对于六角晶系 其中r 是原子间距。如果相互作用能为r的函数，则当自发磁化强度产生时，晶格会发生形变，因为该相互作用将根据原子间结合键(二原子间的连线)方向的不同，不同程度的改变键长。第一项，g( r )为交换作用项，对线性磁致伸缩没有贡献。但是此项在体积磁致伸缩中，起着重要的作用。 ( 键长r以及平行自旋与键的夹角?均可变的自旋对。 ) 第二项代表偶极-偶极相互作用，它依赖于磁化强度的方向，是通常线性磁致伸缩的主要