Введение

В физике, ферромагнитный материал обладает магнитокристаллической анизотропией, если для намагничивания его в определенных направлениях требуется большая энергия, чем в других. Эти направления обычно соотносятся с главными осями его кристаллической решетки. Это частный случай магнитной анизотропии. Иными словами, превышение энергии, необходимой для намагничивания образца в конкретном направлении, над энергией, необходимой для намагничивания вдоль оси легкого намагничивания, называется энергией кристаллической анизотропии.

Причины

Взаимодействие спин-орбиты является основным источником магнитокристаллической анизотропии. По сути, это орбитальное движение электронов, которое взаимодействует с кристаллическим электрическим полем, приводя к вкладу первого порядка в магнитокристаллическую анизотропию. Вклад второго порядка возникает вследствие взаимного взаимодействия магнитных диполей. Этот эффект слабее обменного взаимодействия и его сложно вычислить из первых принципов, хотя некоторые успешные расчёты были выполнены.

Практическая значимость

Магнитокристаллическая анизотропия оказывает значительное влияние на промышленное применение ферромагнитных материалов. Материалы с высокой магнитной анизотропией обычно обладают высокой коэрцитивной силой, то есть их сложно размагнитить. Такие материалы называют "твёрдыми" ферромагнетиками и используют для изготовления постоянных магнитов. Например, высокая анизотропия редкоземельных металлов в основном определяет прочность редкоземельных магнитов. В процессе производства магнитов мощное магнитное поле ориентирует микрокристаллические зерна металла таким образом, что их "легкие" оси намагничивания направлены в одном направлении, фиксируя в материале сильное магнитное поле. С другой стороны, материалы с низкой магнитной анизотропией обычно имеют низкую коэрцитивную силу, и их намагниченность легко изменяется. Такие материалы называются "мягкими" ферромагнетиками и применяются для изготовления магнитопроводов для трансформаторов и индукторов. Небольшая энергия, требуемая для изменения направления намагниченности, минимизирует потери в сердечнике, энергию, рассеиваемую в сердечнике трансформатора при изменении направления переменного тока.

Термодинамическая теория

Энергия магнитокристаллической анизотропии обычно представляется в виде разложения в степени направляющих косинусов намагниченности. Вектор намагниченности можно записать как **M** = Ms **m**, где Ms – намагниченность насыщения, а **m** – единичный вектор намагниченности. В силу симметрии относительно обращения времени допускаются только четные степени косинусов. Ненулевые члены в разложении зависят от кристаллической системы (например, кубической или гексагональной). Хотя оси легкого намагничивания часто совпадают с кристаллографическими осями симметрии, важно отметить, что невозможно предсказать направления легкого намагничивания, основываясь только на кристаллической структуре.