磁致伸缩原理演示幻灯片.ppt

1 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。 ? ? 2 cos e l l ? 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 2 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 3 sin cos 2 / 0 2 e d e l l dem ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 饱和状态时 e l l sat ? ? ? ? ? ? ? ? 则饱和磁致伸缩为 2 3 s a t d e m l l e l l ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 这样在磁畴中的自发应变可以用 ? 表示： ? 2 3 ? e 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 180 0 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 =I s cos ? 。 , 3 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 ? ? ? ? ? 2 cos 1 2 3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? l l 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 K 1 0 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 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 2 3 l l c H ? l (180 0 畴 ) c 4 第二种情况， 90 0 和 180 0 壁移同时进行，则 s I I l l ? ? ? 当晶体沿着 [111] 方向磁化时 ，首先发生 180 0 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 =I s cos ? , ? 为 Is 与 H 之间夹角， ) 3 1 (cos 2 3 2 ? ? ? ? ? l l 3 1 ? s I I 0 ? l l ? 3 1 ? s I I ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 3 1 2 3 2 s I I l l ? ? 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 90 0 和 180 0 两种畴壁。在低 场下，与单轴 Co 的情况一样 180 0 畴壁位移对伸长没有贡献。 90 0 畴壁位移对伸长起 作用。第一种情况，在磁化过程中，首先是 180 0 壁位移，当 I 增加到 I s /3 时 , 对伸长 没有影 响。 90 0 畴壁位移开始，样品长度才会改变。 因此就有： 3 1 ? s I I 0 ? l l ? 对于 对于 3 1 ? s I I ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 3 1 2 3 s I I l l ? ? , , 当晶体沿 [100] 方向磁化 5 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 (anisotro