Zwang - Coercivity

Eine Familie von Hystereseschleifen für kornorientiertes Elektroband , ein weichmagnetisches Material. B _R bezeichnet die Remanenz und H _C ist die Koerzitivkraft . Je breiter die äußere Schleife ist, desto höher ist die Koerzitivfeldstärke. Die Bewegung auf den Schlaufen erfolgt gegen den Uhrzeigersinn.

Die Koerzitivfeldstärke , auch magnetische Koerzitivfeldstärke , Koerzitivfeldstärke oder Koerzitivkraft genannt , ist ein Maß für die Fähigkeit eines ferromagnetischen Materials, einem externen Magnetfeld standzuhalten, ohne entmagnetisiert zu werden . Die Koerzitivfeldstärke wird normalerweise in Oersted- oder Ampere /Meter-Einheiten gemessen und als H _{C bezeichnet} .

Eine analoge Eigenschaft in der Elektrotechnik und Materialwissenschaft , die elektrische Koerzitivfeldstärke , ist die Fähigkeit eines ferroelektrischen Materials, einem externen elektrischen Feld zu widerstehen, ohne depolarisiert zu werden .

Ferromagnetische Materialien mit hohen Koerzitivkraft magnetisch genannte harten und werden verwendet , um Permanentmagnete . Materialien mit niedriger Koerzitivkraft sind die magnetisch sein weich . Letztere werden in verwendeten Transformator und Induktor Kerne , Aufzeichnungsköpfe , Mikrowellengeräte und magnetische Abschirmung .

Definitionen

Grafische Definition verschiedener Koerzitivfelder in der Fluss-Feld-Hysterese-Kurve (BH-Kurve) für ein hypothetisches hartmagnetisches Material.

Äquivalente Definitionen für Koerzitivfelder in Bezug auf die Magnetisierungs-Feld-(MH)-Kurve für denselben Magneten.

Die Koerzitivfeldstärke in einem ferromagnetischen Material ist die Intensität des angelegten Magnetfelds ( H- Feld), das erforderlich ist, um dieses Material zu entmagnetisieren, nachdem die Magnetisierung der Probe durch ein starkes Feld in die Sättigung getrieben wurde . Dieses entmagnetisierende Feld wird dem ursprünglichen Sättigungsfeld entgegengesetzt angelegt. Es gibt jedoch unterschiedliche Definitionen von Koerzitivfeldstärke, je nachdem, was als „entmagnetisiert“ gilt, daher kann der bloße Begriff „Koerzitivfeldstärke“ mehrdeutig sein:

• Die normalen Koerzitivfeldstärke , H _Cn ist das H - Feld benötigt , um den zur Verringerung magnetischen Flusses (mittleres B - Feld innerhalb des Materials) auf Null.
• Die intrinsische Koerzitivkraft , H _Ci ist das H - Feld benötigt , um die zur Verringerung Magnetisierung (Mittelwert M - Feld innerhalb des Materials) auf Null.
• Die Remanenz Koerzitivfeldstärke , H _Cr , ist das H - Feld erforderlich , um das zu reduzieren Remanenz auf Null, was bedeutet , dass , wenn das H - Feld schließlich auf Null zurückgeführt wird, dann werden beide B und M auch den Ursprung in der Hysteresekurve auf Null (erreicht das Material fallen , ).

Der Unterschied zwischen normaler und intrinsischer Koerzitivfeldstärke ist bei weichmagnetischen Materialien vernachlässigbar, kann jedoch bei hartmagnetischen Materialien erheblich sein. Die stärksten Seltenerdmagnete verlieren bei H _Cn fast nichts von der Magnetisierung .

Experimentelle Bestimmung

Typischerweise wird die Koerzitivfeldstärke eines magnetischen Materials durch Messung der magnetischen Hystereseschleife , auch Magnetisierungskurve genannt , bestimmt, wie in der obigen Abbildung dargestellt. Die zum Erfassen der Daten verwendete Vorrichtung ist typischerweise ein Magnetometer mit vibrierender Probe oder ein Magnetometer mit alternierendem Gradienten . Das angelegte Feld, wo die Datenlinie Null schneidet, ist die Koerzitivfeldstärke. Wenn in der Probe ein Antiferromagnet vorhanden ist, können die gemessenen Koerzitivfelder bei steigenden und fallenden Feldern aufgrund des Exchange-Bias- Effekts ungleich sein .

Die Koerzitivfeldstärke eines Materials hängt von der Zeitskala ab, über die eine Magnetisierungskurve gemessen wird. Die Magnetisierung eines Materials, gemessen bei einem angelegten umgekehrten Feld, das nominell kleiner als die Koerzitivfeldstärke ist, kann sich über einen langen Zeitraum langsam auf Null entspannen . Relaxation tritt auf, wenn die Umkehr der Magnetisierung durch die Bewegung der Domänenwand thermisch aktiviert wird und von der magnetischen Viskosität dominiert wird . Der zunehmende Wert der Koerzitivfeldstärke bei hohen Frequenzen ist ein ernsthaftes Hindernis für die Erhöhung der Datenraten bei der magnetischen Aufzeichnung mit hoher Bandbreite , was durch die Tatsache verstärkt wird, dass eine erhöhte Speicherdichte typischerweise eine höhere Koerzitivfeldstärke in den Medien erfordert.

Theorie

Beim Koerzitivfeld ist die Vektorkomponente der Magnetisierung eines Ferromagneten, gemessen entlang der Richtung des angelegten Felds, null. Es gibt zwei Hauptmodi der Magnetisierungsumkehr : Einzeldomänenrotation und Domänenwandbewegung . Wenn sich die Magnetisierung eines Materials durch Rotation umkehrt, ist die Magnetisierungskomponente entlang des angelegten Felds null, da der Vektor in eine Richtung orthogonal zum angelegten Feld zeigt. Wenn sich die Magnetisierung durch die Bewegung der Domänenwand umkehrt, ist die Nettomagnetisierung in jeder Vektorrichtung klein, weil die Momente aller einzelnen Domänen sich zu Null summieren. Magnetisierungskurven, die von Rotation und magnetokristalliner Anisotropie dominiert werden, finden sich in relativ perfekten magnetischen Materialien, die in der Grundlagenforschung verwendet werden. Die Bewegung der Domänenwand ist ein wichtigerer Umkehrmechanismus in echten technischen Materialien, da Defekte wie Korngrenzen und Verunreinigungen als Keimbildungsorte für Domänen mit umgekehrter Magnetisierung dienen. Die Rolle der Domänenwände bei der Bestimmung Koerzitivkraft kompliziert ist , da Defekte können Pin Domänenwände zusätzlich zu keimbild sie. Die Dynamik von Domänenwänden in Ferromagneten ähnelt der von Korngrenzen und Plastizität in der Metallurgie, da sowohl Domänenwände als auch Korngrenzen planare Defekte sind.

Bedeutung

Wie bei jedem Hystereseprozess stellt die Fläche innerhalb der Magnetisierungskurve während eines Zyklus die Arbeit dar , die durch das äußere Feld beim Umkehren der Magnetisierung am Material verrichtet und als Wärme abgeführt wird. Übliche dissipative Prozesse in magnetischen Materialien umfassen Magnetostriktion und Domänenwandbewegung. Die Koerzitivfeldstärke ist ein Maß für den Grad der magnetischen Hysterese und charakterisiert daher die Verlustleistung weichmagnetischer Materialien für ihre gängigen Anwendungen.

Die Sättigungsremanenz und die Koerzitivfeldstärke sind Gütezahlen für Hartmagnete, obwohl häufig auch das maximale Energieprodukt angegeben wird. In den 1980er Jahren wurden Seltenerd-Magnete mit hochenergetischen Produkten, aber unerwünscht niedrigen Curie-Temperaturen entwickelt . Seit den 1990er Jahren wurden neue Wechselfeder -Hartmagnete mit hohen Koerzitivfeldern entwickelt.

Siehe auch

• Magnetische Suszeptibilität
• Remanenz

Verweise

Externe Links

• Magnetisierungsumkehr-Applet (kohärente Rotation)
• Eine Tabelle der Koerzitivfeldstärken verschiedener magnetischer Aufzeichnungsmedien finden Sie unter „ Degaussing Data Storage Tape Magnetic Media “ ( PDF ) auf fujifilmusa.com.