Перемагничивание

Магнитными свойствами обладают многодоменные магнитные материалы — ферромагнетики, слабые ферромагнетики и ферримагнетики. Имея первоначальную намагниченность, в отсутствие внешнего магнитного поля, они обладают собственной намагниченностью. Если подобное вещество, например, кусок железа, никогда не попадал во внешнее магнитное поле, он не обладает магнитными свойствами. Но если хотя бы раз этот образец попал во внешнее магнитное поле, с ним происходят необратимые изменения — он начинает обладать магнитными свойствами, то есть приобретает намагниченность. Это явление необратимо. При появлении внешнего магнитного поля, вектор напряжённости которого не совпадает с результирующим вектором напряжённости внутреннего магнитного поля образца, начинается процесс перемагничивания, то есть вектор намагниченности образца изменяет своё направление, в конечном итоге, до противоположного. Полученная зависимость вектора намагниченности ${\displaystyle M}$ от вектора напряжённости внешнего магнитного поля ${\displaystyle H}$, вызывающего перемагничивание, имеет вид петли гистерезиса ${\displaystyle M(H)}$ при полном перемагничивании в прямом и обратном направлениях^[1].

На рисунке показана теоретическая модель зависимости намагниченности ${\displaystyle M}$ от магнитного поля ${\displaystyle H}$. Кривая, идущая от начала координат вверх называют кривой начальной намагниченности. Далее образуется главная петля, её образуют нисходящая кривая после насыщения и обратная нижняя. Пересечения кривых с осями координат обозначают ${\displaystyle h_{c}}$ и ${\displaystyle m_{rs}}$, их физический смысл заключается в том, что первая величина представляет собой коэрцитивную силу материала образца, а вторая — остаточную намагниченность образца^[2].

Перемагничивание, другими словами, явление гистерезиса, является результатом действия двух эффектов: вращения вектора намагниченности и изменения размера или количества магнитных доменов. В общем случае массивного образца вектор намагниченности изменяется по направлению в пределах самого образца. В малых, однодоменных магнитах этого не происходит, в них проявляется вращение вектора намагниченности. Такие магниты используются при магнитной записи (например, в жёстких дисках на основе магнитной записи), в которых требуется большая и стабильная во времени величина намагниченности.

В многодоменных магнитах намагниченность каждого из доменов не изменяется, но в тонких междоменных стенках направление вектора намагниченности вращается от одного домена к другому. При внесении такого многодоменного магнита во внешнее магнитное поле междоменные стенки смещаются, изменяя относительные размеры доменов. Намагниченность доменов различна, и суммарный магнитный момент некоторого объёма образца меньше, чем в однодоменном случае, но изменить магнитный момент легче, поскольку вращение вектора намагниченности вызывается лишь у небольшой части доменов. В случаях возникновения или исчезновения доменов (нуклеация и денуклеация доменов) намагниченность также изменяется.

В однодоменных образцах и однодоменных частицах перемагничивание может происходить скачкообразно из-за существования метастабильных состояний и разделяющих их энергетических барьеров.