Koerzitivfeldstärke

In der Materialwissenschaft ist die Koerzitivkraft, auch Koerzitivfeld genannt, eines ferromagnetischen Materials die Intensität des angelegten Magnetfelds, das erforderlich ist, um die Magnetisierung dieses Materials auf Null zu reduzieren, nachdem die Magnetisierung der Probe zur Sättigung getrieben wurde. Die Koerzitivkraft wird normalerweise in Oersted- oder Ampere / Meter-Einheiten gemessen und als HC bezeichnet.

Wenn das Koerzitivfeld eines Ferromagneten groß ist, wird das Material als Hart- oder Permanentmagnet bezeichnet. Permanentmagnete finden Anwendung in Elektromotoren, magnetischen Aufzeichnungsträgern (z. B. Festplatten, Disketten oder Magnetbändern) und magnetischer Trennung. Ein Ferromagnet mit einem niedrigen Koerzitivfeld wird als weich bezeichnet und kann in Mikrowellengeräten, magnetischen Abschirmungen, Transformatoren oder Aufzeichnungsköpfen verwendet werden.

Die Koerzitivkraft kann mit einem BH-Analysator gemessen werden.

• 1 Experimentelle Bestimmung
• 2 Theorie
• 3 Signifikanz
• 4 Referenzen

Experimentelle Bestimmung

Typischerweise wird die Koerzitivkraft eines magnetischen Materials durch Messung der Hystereseschleife oder Magnetisierungskurve bestimmt, wie in der Abbildung dargestellt. Die Vorrichtung, die zur Erfassung der Daten verwendet wird, ist typischerweise ein Vibrationsproben- oder Wechselgradientenmagnetometer. Das angelegte Feld, in dem die Daten (als Magnetisierungskurve bezeichnet) Null kreuzen, ist die Koerzitivkraft. Wenn ein antiferromagnetischer Feststoff in der Probe vorhanden ist, können die in zunehmenden und abnehmenden Feldern gemessenen Koerzitivitäten infolge des Austauschvorspannungs-Effekts ungleich sein.

Die Koerzitivkraft eines Materials hängt von der Zeitskala ab, über die eine Magnetisierungskurve gemessen wird. Die Magnetisierung eines Materials, gemessen bei einem angelegten Magnetfeld, das nominell kleiner als die Koerzitivkraft ist, kann über eine lange Zeitskala langsam auf Null kriechen. Kriechen tritt auf, wenn die Umkehrung der Magnetisierung durch Domänenwandbewegung thermisch aktiviert wird und von der magnetischen Viskosität dominiert wird. Der zunehmende Wert der Koerzitivkraft bei hohen Frequenzen ist ein ernstes 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 Koerzitivkraft in den Medien erfordert.

Am Koerzitivfeld ist die Vektorkomponente der Magnetisierung eines Ferromagneten, gemessen entlang der angelegten Feldrichtung, Null. Es gibt zwei primäre Modi der Magnetisierungsumkehr: Rotation und Domänenwandbewegung. Wenn sich die Magnetisierung eines Materials durch Rotation umkehrt, ist die Magnetisierungskomponente entlang des angelegten Feldes Null, da der Vektor in eine Richtung orthogonal zum angelegten Feld zeigt. Wenn sich die Magnetisierung durch Domänenwandbewegung umkehrt, ist die Nettomagnetisierung in jeder Vektorrichtung klein, da sich die Momente aller einzelnen Domänen 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. Domänenwandbewegung ist ein wichtiger Umkehrmechanismus in realen technischen Materialien, da Defekte wie Korngrenzen und Verunreinigungen als Keimbildungsstellen für Domänen mit umgekehrter Magnetisierung dienen. Die Rolle von Domänenwänden bei der Bestimmung der Koerzitivkraft ist komplex, da Defekte Domänenwände zusätzlich zur Keimbildung fixieren können. Die Dynamik von Domänenwänden in Ferromagneten ähnelt der von Korngrenzen und Plastizität in der Metallurgie, da sowohl Domänenwände als auch Korngrenzen planare Defekte sind.

Wie bei jedem hysteretischen Prozess ist der Bereich innerhalb der Magnetisierungskurve während eines Zyklus Arbeit, die am Magneten ausgeführt wird. Übliche dissipative Prozesse in magnetischen Materialien umfassen Magnetostriktion und Domänenwandbewegung. Die Koerzitivkraft ist ein Maß für den Grad der magnetischen Hysterese und charakterisiert daher die Verlustfähigkeit weichmagnetischer Materialien für ihre üblichen Anwendungen.

Die Rechtwinkligkeit (M (H = 0) / Ms) und die Koerzitivkraft sind Kennzahlen für Hartmagnete, obwohl das Energieprodukt (Sättigungsmagnetisierung mal Koerzitivkraft) am häufigsten angegeben wird. In den 1980er Jahren wurden Seltenerd-Borid-Magnete mit hochenergetischen Produkten, aber unerwünscht niedrigen Curie-Temperaturen entwickelt. Seit den 1990er Jahren wurden neue Austauschfeder-Hartmagnete mit hohen Koerzitivitäten entwickelt.

• J.D. Livingston, “Eine Überprüfung der Koerzitivitätsmechanismen”, J. Appl. Phys. 52, 2541 (1981).
• R. V. Lapshin, “Analytisches Modell zur Approximation der Hystereseschleife und ihrer Anwendung auf das Rastertunnelmikroskop”, Review of Scientific Instruments, Band 66, Nummer 9, Seiten 4718-4730, 1995.
• Min Chen und David E. Nikles, “Synthese, Selbstorganisation und magnetische Eigenschaften von FexCoyPt100-x-yNanoparticles,” Nano Lett. 2, 211 -214 (2002).