Nachwirkung in Ferromagnetika

ISBN-13: 9783642875793 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 332 str.

Helmut Kronmüller

Opis

Uber Nachwirkungserscheinungen in Ferromagnetika wurde erst mals Ende des 19. Jahrhunderts berichtet. In der Folgezeit befaBten sich zahlreiche experimentelle Arbeiten mit diesem Problemkreis, ohne daB es jedoch gelungen ware, mehr als eine phanomenologische Beschrei bung der ferromagnetischen Nachwirkung zu geben. Der im letzten Jahrzehnt erzielte Fortschritt bei der Deutung der Nachwirkungsphano mene beruht im wesentlichen auf der Entwicklung zweier anderer Teil gebiete der Festk6rperphysik, namlich der Theorie der Fehlstellen in Kristallen und der Theorie des Mikromagnetismus. Diese zwei Gebiete haben sichals unerlal3liche Grundlage fUr das atomistische Verstandnis der Nachwirkung erwiesen, da einerseits die Gitterfehler als die Ursache der Nachwirkung anzusehen sind, andererseits die Theorie des Mikro magnetismus uns in die Lage versetzt, Magnetisierungsvorgange sowie die Wechselwirkungsenergie zwischen Gitterfehlern und der spontanen Magnetisierung quantitativ zu behandeln. 1m Zusammenhang mit dem zuletzt genannten Problemkreis wur den am Max-Planck-Institut fUr Metallforschung in Stuttgart im Laufe der letzten dreil3ig Jahre zahlreiche Arbeiten tiber die st6rungsempfind lichen Eigenschaften der ferromagnetischen Hystereseschleife ausge fUhrt. Die neueren Ergebnisse zu diesem Problemkreis sind in der von A. SEEGER herausgegebenen Reihe "Moderne Probleme der Metall physik," Band II, zusammenfassend dargestellt. Wahrend in jenem Werke die Behandlung statischer Eigenschaften der Magnetisierungs kurve im V ordergrund stand, ist das jetzt vorliegende Buch ausschliel3lich den zeitabhangigen Eigenschaften der Ferromagnetika gewidmet. Das zentrale Anliegen dieses Buches ist die Anwendung der modernen Er kenntnisse tiber Gitterfehler und Mikromagnetismus auf die Analyse der bei der Nachwirkung ablaufenden Vorgange."

Spis treści

1. Einleitung.- 2. Grundlegende Experimente zur ferromagnetischen Nachwirkung.- 2.1. Untersuchung der Nachwirkung.- 2.2. Beispiele zur ferromagnetischen Nachwirkung.- a) Jordan-Nachwirkung.- ?) Zeitabhängigkeit.- ?) Temperaturabhängigkeit.- ?) Abhängigkeit vom Magnetisierungszustand.- b) Richter-Nachwirkung.- ?) Zeitabhängigkeit.- ?) Temperaturabhängigkeit.- ?) Einfluß des Magnetisierungszustandes.- 2.3. Messungen der komplexen Suszeptibilität.- a) Messungen des Verlustwinkels.- ?) Jordan-Nachwirkung.- ?) Richter-Nachwirkung.- b) Messungen der Ortskurve.- 3. Magnetisierungsprozesse in Ferromagnetika.- 3.1. Phasentheorie.- 3.2. Reversible Prozesse.- a) Wandverschiebungen.- b) Drehprozesse.- c) Der kombinierte Magnetisierungsprozeß.- „Wandverschiebungen+Drehprozesse“.- 3.3. Irreversible Magnetisierungsprozesse.- 4. Phänomenologische Theorie der ferromagnetischen Nachwirkung.- 4.1. Reversible und irreversible Nachwirkung.- 4.2. Die Zeitabhängigkeit des Nachwirkungsfeldes bei der reversiblen Nachwirkung.- a) Ein- und Ausschaltexperimente.- b) Allgemeine Theorie der Zeitabhängigkeit.- c) Die Nachwirkungsfunktion bei Zeitkonstantenstreuung.- 4.3. Theorie der komplexen Suszeptibilität.- a) Wechselstromversuche.- b) Ortskurve und komplexe Suszeptibilität.- c) Einfluß des Skineffektes.- ?) Allgemeine Theorie.- ?) Ebene Platte.- ?) Der zylindrische Stab.- 5. Mikromagnetisches Modell der reversiblen ferromagnetischen Nachwirkung.- a) Definition der Nachwirkungstypen.- b) Mikromagnetische Beschreibung der reversiblen Nachwirkung am Beispiel der C-Atome in ?-Fe.- ?) Die Orientierungsnachwirkung der C-Atome.- ?) Die Diffusionsnachwirkung der C-Atome.- ?) Die kombinierte Nachwirkung der C-Atome.- c) Ausblick auf die folgenden Kapitel.- 6. Die Wechselwirkungsenergie zwischen der spontanen Magnetisierung und atomaren Gitterfehlstellen.- 6.1. Magnetokristalline und magnetoelastische Wechselwirkungsenergie.- 6.2. Symmetrie der Gitterfehler.- 6.3. Die Symmetrie der Wechselwirkungsenergie.- 6.4. Zur Deutung der elastischen (magnetischen) Kopplungsenergie.- 6.5. Berechnung der magnetoelastischen Kopplungsenergie.- 6.6. Transformation der magnetokristallinen Kopplungsenergie.- 7. Anwendung auf spezielle Fehlstellen.- 7.1. Überblick über die wichtigsten atomaren Gitterfehler.- 7.2. Zur Beschreibung der Bewegung der Fehlstellen.- 7.3. Bestimmung der Wechselwirkungsenergie spezieller Fehlstellen.- a) Fehlstellen mit kubischer Symmetrie.- ?) Magnetokristalline Kopplungsenergie.- ?) Magnetoelastische Kopplungsenergie.- b) Fehlstellen mit hexagonaler Symmetrie.- c) Fehlstellen mit trigonaler Symmetrie.- ?) Kubisch raumzentrierte Gitter.- ?) Kubisch flächenzentrierte Gitter.- ?) Magnetokristalline Kopplungsenergie.- d) Fehlstellen mit tetragonaler Symmetrie.- ?) Magnetokristalline Kopplungsenergie.- ?) Magnetoelastische Kopplungsenergie.- e) Fehlstellen mit orthorhombischer Symmetrie.- ?) Kubisch flächenzentrierte Gitter.- ?) Kubisch raumzentrierte Gitter.- ?) Hexagonal dichtest gepackte Gitter.- ?) Magnetokristalline Kopplungsenergie.- ?) Magnetoelastische Kopplungsenergie.- f) Fehlstellen mit monokliner Symmetrie.- 8. Die Stabilisierungsenergie I. Formale Theorie.- 8.1. Die Stabilisierungsenergie.- a) Die Stabilisierungsenergie der Blochwand.- b) Die Stabilisierungsenergie der Drehprozesse.- 8.2. Berechnung der reversiblen Suszeptibilität und des Nachwirkungsfeldes.- a) Reversible Blochwandverschiebungen.- ?) Allgemeine Theorie.- ?) Lösung der Bewegungsgleichung für kleine Auslenkungen.- ?) Berechnung des Nachwirkungsfeldes und der reversiblen Suszeptibilität bei einer diskreten Verteilung der Wechselwirkungskonstanten.- b) Spezielle Anwendungen.- c) Reversible Drehprozesse.- d) Kombinierter Magnetisierungsprozeß „Wandverschiebungen+Rotation“.- 8.3. Die Bestimmung des Nachwirkungspotentials der Blochwände aus Messungen der reversiblen Suszeptibilität.- a) Wechselstrommeßmethode.- b) Allgemeine Theorie.- c) Anwendung auf spezielle Blochwände.- 9. Die Stabilisierungsenergie II. Berechnung mit Hilfe der statistischen Thermodynamik.- 9.1. Das thermodynamische Gleichgewicht bei der Orientierungsnachwirkung.- 9.2. Die Einstellung des thermischen Gleichgewichts bei der Orientierungsnachwirkung.- a) Allgemeine Theorie.- b) Spezielle Lösungen der Grundgleichungen.- ?) Fehlstellen, die sämtliche Positionen mit einem Sprung erreichen können (n0=nE).- ?) Fehlstellen, die eine ihrer Positionen nur mit zwei Sprüngen erreichen können (nE=n0+1).- ?) Die Doppelleerstelle in hexagonal dichtest gepackten Gittern als Beispiel für eine Fehlstelle mit Sattelpunkten verschiedener Aktivierungsenergie und zwei Konfigurationen.- 9.3. Die Einstellung des thermischen Gleichgewichts bei der Diffusionsnachwirkung.- a) Allgemeine Theorie.- b) Lösung der Diffusionsgleichung.- 9.4. Die Stabilisierungsenergie der Blochwände.- a) Allgemeines.- b) Die Stabilisierungsenergie bei der Orientierungsnachwirkung.- ?) Fehlstellen, die sämtliche magnetisch verschiedenen Positionen mit einem Sprung besetzen können (nE=n0).- ?) Fehlstellen, die nE—1 Positionen mit einem Sprung und eine Position nur mit zwei Sprüngen erreichen können.- ?) Dynamische Versuchsführung.- ?) Zur Berechnung der Nachwirkungskonstanten RN(t).- c) Die Stabilisierungsenergie bei der Diffusionsnachwirkung.- ?) Fehlstellen mit der Punktsymmetrie des Grundgitters.- ?) Die Stabilisierungsenergie für große Zeiten (t0 ? ?).- ?) Näherungsformeln für kleine Zeiten (t0l).- d) Die Diffusionsnachwirkung der Crowdionen.- e) Die kombinierte Orientierungs-Diffusionsnachwirkung.- ?) Allgemeine Theorie.- ?) Die Stabilisierungsenergie bei kleinen Zeiten (t0< 1).- ?) Die Stabilisierungsenergie bei großen Zeiten (t0 > 1).- 9.5. Diffusionsnachwirkung der Versetzungen.- a) Magnetisches Kriechen der Versetzungen.- b) Berechnung der Kraftkonstante R0.- 9.6. Die Stabilisierungsenergie der Domänen.- a) Allgemeines.- b) Fehlstellen, die alle Positionen mit einem Sprung erreichen können (nE=n0).- c) Fehlstellen, die eine ihrer Positionen nur mit zwei Sprüngen erreichen können (nE=n0+ 1).- 10. Die Stabilisierungsenergie III. Die Stabilisierungsenergie der Blochwände für spezielle Fehlstellen.- 10.1. Bestimmung der Symmetrie eines Gitterfehlers mit Hilfe der Stabilisierungsenergie.- a) Einfluß des Blochwandtyps.- b) Einfluß der magnetischen Vorzugsrichtung und der Symmetrie des Gitterfehlers auf die Stabilisierungsenergie.- ?) Die Stabilisierungsenergie der 90°-Blochwände in ?-Fe.- ?) Die Stabilisierungsenergie der 71°- und 109°-Blochwände in Nickel.- 10.2. Die Stabilisierungsenergie spezieller Fehlstellen und Blochwände bei der Orientierungsnachwirkung.- a) Das Zwischengitteratom in der Hantellage in Nickel.- b) Eigenzwischengitteratome und Fremdzwischengitteratome (C, N, O) mit tetragonaler Symmetrie in ?-Fe.- c) Aufgespaltene Leerstellen in kubisch raumzentrierten Gittern.- d) Die 60°-Dreifachleerstelle in Nickel.- e) Doppelleerstellen in hexagonal dichtest gepacktem Kobalt.- ?) Konfiguration AB.- ?) Konfiguration AA’.- f) Die Doppelleerstelle in Nickel.- g) Das Zwischengitteratom mit orthorhombischer Symmetrie in ?-Fe.- 10.3. Anwendungsbeispiele zur Diffusionsnachwirkung.- a) Leerstellen mit kubischer Symmetrie in ?-Fe und Nickel.- ?) Blochwände erster Art ((001)-90°-Blochwand in Eisen und (001)-71°-Blochwand in Nickel).- ?) Blochwände zweiter Art in Ni und ?-Fe (mit Ausnahme der (110)-180°-Blochwand in Nickel).- b) Die Stabilisierungsenergie der Leerstellen bei kleinen Zeiten (t0< 1).- ?) Kleine Blochwandverschiebungen (s ? 1).- ?) Große Blochwandverschiebungen (s ? 1).- c) Berechnung der Stabilisierungsenergie bei großen Zeiten (t0 > 1).- d) Die Stabilisierungsenergie der Crowdionen in kubisch flächenzentrierten Gittern.- 10.4. Anwendungsbeispiele zur kombinierten Orientierungs-Diffusionsnachwirkung.- a) Aufgespaltene Leerstelle in kubisch raumzentrierten Gittern.- ?) (001)-90°-Blochwand.- ?) Die Stabilisierungsenergie wBs,II der 180°-Blochwände bei Fehlstellen mit trigonaler und orthorhombischer Symmetrie.- 11. Die Stabilisierungsenergie IV. Die Stabilisierungsenergie der Domänen bei Drehprozessen.- 11.1. Der Einfluß der Symmetrie der Gitterfehler auf die Stabilisierungsenergie.- a) Fehlstellen mit tetragonaler Symmetrie (aufgespaltenes Zwischengitteratom in k.f.z.-Kristallen).- b) Fehlstellen mit trigonaler Symmetrie (aufgespaltene Leerstelle in ?-Fe, 60°-Dreifachleerstelle in Ni).- c) Fehlstellen mit orthorhombischer Symmetrie (Doppelleerstelle in Ni, aufgespaltenes Zwischengitteratom in ?-Fe).- 11.2. Experimentelle Untersuchung der Nachwirkung bei Drehprozessen.- 12. Mikromagnetische Theorie der komplexen Suszeptibilität.- 12.1. Blochwandverschiebungen.- a) Zwischengitteratome mit tetragonaler Symmetrie in k. f. z.-Kristallen.- b) Doppelleerstellen mit orthorhombischer Symmetrie in k. f. z.-Kristallen.- 12.2. Drehprozesse.- a) Tetragonale Gitterfehler.- b) Trigonale Gitterfehler.- 13. Experimentelle Untersuchung von Gitterfehlstellen mit Hilfe der magnetischen Nachwirkung.- 13.1. Die Untersuchung von Gitterfehlstellen in Metallen.- 13.2. Das Erholungsspektrum in Metallen.- 13.3. Das magnetische Nachwirkungsspektrum in kubisch flächenzentrierten Metallen.- 13.4. Das Nachwirkungsspektrum in Nickel unterhalb 50°C.- a) Tieftemperaturbestrahlung.- b) Tieftemperaturnachwirkung bei abgeschreckten Ni-Proben.- 13.5. Das Nachwirkungsspektrum in Nickel nach Bestrahlung mit schnellen Teilchen oberhalb Raumtemperatur.- a) Die Nachwirkung der Zwischengitteratome.- ?) Experimentelle Ergebnisse.- ?) Quantitative Auswertung der Meßergebnisse.- ?) Berechnung der magnetokristallinen Wechselwirkungsenergie.- b) Die Nachwirkung von Leerstellenagglomeraten in Nickel.- ?) Erzeugung von Gitterlücken.- ?) Experimentelle Ergebnisse.- ?) Deutung der Meßergebnisse.- ?) Quantitative Auswertung der Meßergebnisse für das Maximum bei —25°C.- ?) Berechnung der effektiven Wechselwirkungskonstanten.- Literatur.- Namenverzeichnis.