Сайт переехал physreal.com

Но, как известно, чудес действительно не бывает. Главным условием существования “сильных” магнитов является не только большая коэрцитивная сила, но и сильная магнитная анизотропия, которую раньше не брали в расчет. Спин-орбитальное взаимодействие d-электронов – главный источник кристаллической анизотропии. Из учебника Ч. Киттеля каждый хорошо знает, что сумма диагональных компонент тензора размагничивающего фактора дает поле насыщения. Это строго доказано для тел эллипсоидальной формы. Применение этой оценки для тел другой формы вносит небольшую поправку в коэффициент и с точностью до 10% совпадает с оценками для эллипсоида. Отсюда делался вывод, что создаваемое поле не может превышать поле насыщения. Но для тел неэллипсоидальной формы с неоднородной намагниченностью, индуцированной анизотропией, эти оценки оказываются неверными. В анизотропных магнетиках тензор размагничивающего фактора нельзя привести к диагональному виду, а недиагональные компоненты весьма велики. Такие ситуации в течение многих десятков лет просто не рассматривались и поэтому не считались возможными.

Пригодность магнитов для создания “сильных” полей определяется фактором качества: Q = K₁/2pM_s², где K₁ – магнитокристаллическая анизотропия, M_s намагниченность насыщения. Например, SmCo₅ имеет Q ~ 50 и может, поэтому, считаться сильно анизотропным, в то время как для NdFeB фактор качества
Q ~ 10, что уже позволяет его отнести к переходной области.

Рис. 1. а – Система из двух противоположно намагниченных
магнитов с магнитопроводом; б – зависимость компонент поля
рассеяния от пространственных координат x, y.

 

В качестве примера можно привести систему двух магнитов, намагниченных в противоположные стороны и имеющих общий магнитопровод (рис. 1). Вблизи места соприкосновения магнитов (в узкой щели между ними) наблюдается магнитное поле, значительно превышающее поле насыщения намагниченности, которое в данном примере составляет 1000 Гс.

В качестве доказательства существования сильных полей в обзоре [1] приводится три независимых экспериментальных метода. Один из них использует магнитооптические измерения. Авторы воспользовались тем фактом, что лабиринтная доменная структура (рис. 2) может возникать в зазоре между двумя магнитами только в определенном узком диапазоне “сильных магнитных полей”. Таким образом, доказательство наличия таких полей удается просто сфотографировать.

Рис. 2. Доменная структура феррит-гранатовой пленки
у края границы между магнитами.

 

 

Если в качестве магнита взять коническую структуру, то оценки показывают, что максимально возможное поле, которое в такой системе можно создать, достигает 10 Тл. Это, по-видимому, предельная величина магнитного поля, которой можно добиться, меняя форму сильно анизотропных магнитов.

В технических приложениях важную роль может играть не само магнитное поле, а его градиент, создание которого также является тонким искусством. Расчеты показывают, что в системе постоянных магнитов можно достичь градиента поля до 10⁷ Э/см.

В обзоре предложены самые разнообразные технические применения “сильных” магнитов: ЭПР микроскопия, наномасштабные головки магнитной записи, холодильные установки, сепараторы слабомагнитных веществ и т.д. и т.п.

Таким образом, для реализации очень сильного магнитного поля (как в сверхпроводящих магнитах) оказывается достаточно сильно анизотропного магнита, напильника (для его обработки) и немного терпения и знаний, чтобы получить желаемые результаты, превышающие самые смелые прогнозы.

 

    1. В.Н.Самофалов и др., УФН 183, 287(2013).

    2. F.Bloch et al., Eur.Phys. J. Appl.Phys. 55, 85 (1999).