(Скачок Баркгаузена)

Соотношения (1.94) или (1.95) дают связь между равновесными значениями поля , которое доводит смещение границы до координаты, и градиентом поверхностной энергии. В исходном состоянии минимумнаходится при, т.е.. Очевидно, что обратимое смещение будет происходить до тех пор, пока граница, выйдя из своего равновесного положения(рис. 1.34), не достигнет точки_, которой соответствует ближайший максимум (или точки, которой соответствует экстремум величины –, при обратном направлении поля).

При процессах смещения положение граничной зоны между различными магнитными фазами определяется в каждый момент равновесием между внешними и внутренними силами. Внешние силы только тогда приводят к смещению границ, когда они создают различную плотность внешней свободной энергии по обе стороны от границы. При этом поле достигает некоторого определенного значения играющего ролькритического поля. После достижения поля , граница может продолжать свое смещение без дальнейшего увеличения внешнего поля, вплоть до точки, ибо при этом внутреннее давлениеделается отрицательным. Таким образом, происходит скачок Баркгаузена. Этот скачок протекает не мгновенно, а с конечной скоростью, величина которой определяется тормозящим действием магнитного поля вихревых токов, создаваемых при смещении границы. В результате скачка Баркгаузена граница занимает положение. При дальнейшем увеличении поля граница снова смещается обратимо вплоть до следующего более высокого максимумав точке, при условии, что антипараллельный домен, объем которого уменьшается при смещении границы, распространяется за точку, в которой в исходном состоянии могла быть другая граница.

Переход границы из вявляется необратимым. Действительно, если после достижения точкиуменьшать величину магнитного поля, например, до прежнего его значения, соответствовавшего положению границы в точке, то граница отнюдь не вернется в эту точку, а обратимо перейдет из точкив точку. Чтобы вернуться в точку, придется произвести довольно сложную операцию перемагничивания. Для этого нужно выключив магнитное поле перейти в точку, затем приложив поле обратного знака и увеличивая его пройти положения,,, снова выключить поле, включить поле в первоначальном направлении и увеличивать его до скачкообразного перемещения границы из положенияв положение.

Подобным же образом можно проанализировать обратимое и необратимое смещения граничной зоны для случая 90^о-ного соседства. Всё отличие будет заключаться в том, что в правой части (1.93) появится ещё член, соответствующий изменению магнитоупругой энергии напряжений, вызванному поворотом спонтанной намагниченности при смещении граничной зоны 90^о-ного типа. Этот член, как правило, больше, чем рассмотренный в (1.93), и поэтому он определяет весь процесс смещения 90^о-ной границы. Порядок величины этой энергии равен где- линейная магнитострикция насыщения, а- величина внутренних или внешних напряжений. Таким образом, критическое поле в случае 90^о-ной границы определяется значением максимумов напряжений , встречающихся на пути смещающейся границы.

В обычных технических материалах имеется большой статистический разброс значений критического поля , обусловленный беспорядочным распределением неоднородностей внутренних напряжений. Этот разбросприводит к “сглаживанию” кривой намагничивания. Более тщательные эксперименты показывают ”ступенчатый” (рис. 1.35) характер кривой намагничивания (эффект Баркгаузена), причем вертикальные части этих ступенек соответствуют скачкам Баркгаузена для определенных значений критических полей.

Рис. 1.35. Эффект Баркгаузена

Дополнительно заметим, что причиной эффекта Баркгаузена могут быть также необратимые процессы вращения и процессы зародышеобразования (зарождения в намагниченном ферромагнетике при уменьшении поля доменов с противоположным по отношению ко всему объему направлением самопроизвольной намагниченности).

Основные области кривой намагничивания. По характеру процессов намагничивания кривую намагничивания условно можно разбить на пять участков (рис. 1.36).

Участок I характеризуется постоянной восприимчивостью (проницаемостью), то есть (). Намагничивание ферромагнетика на этом участке кривой намагничивания осуществляется за счёт обратимого (упругого) смещения доменных границ.

Участок II носит название области Релея. Намагничивание на этом участке в основном осуществляется за счёт смещения доменных границ. Для этой области кривой намагничивания справедлив закон Релея (1.96), который

Рис. 1.36. Основные области кривой намагничивания

выполняется практически для всех ферромагнетиков (у некоторых эта область может отсутствовать). Намагниченность в области Релея определяется как

, (1.96)

где - коэффициент Релея. Второй член в уравнении (1.96) представляет вклад необратимых процессов при намагничивании.

Участок III характеризуется высоким значением магнитной восприимчивости (проницаемости). В этой области намагниченность меняется большими скачками Баркгаузена, вызванными необратимым смещением доменных границ. Для многоосных магнитотвёрдых материалов кроме процессов смещения в этом диапазоне полей характерны процессы скачкообразного вращения векторов намагниченности.

Участок IV. Восприимчивость постепенно уменьшается. Процесс намагничивания на этом участке осуществляется в основном за счёт вращения векторов спонтанной намагниченности на направление внешнего магнитного поля. Работа по повороту векторов спонтанной намагниченности на направление действующего поля затрачивается на преодоление кристаллографической анизотропии, которая стремится удержать векторы спонтанной намагниченности в направлении лёгкого намагничивания. Процессы вращения происходят преимущественно обратимо. Для IV участка справедлив закон приближения к насыщению

, (1.97)

где - намагниченность насыщения,- восприимчивость парапроцесса,,,, … - постоянные коэффициенты, определяющие вклад различных структурных факторов (точечные дефекты, дислокации и т.д.), влияющих на процесс намагничивания. Выражение (1.97) справедливо для полей, при которых ферромагнетик намагничен до технического насыщения ().

Участок V – область парапроцесса. Процессы смещения и вращения закончены. На этом участке в сильных магнитных полях незначительное увеличение намагниченности связано с дополнительной ориентацией спиновых магнитных моментов в направлении приложенного поля.