Defectos

Defectos en Materiales Magn´ticos e
Laboratorio de Defectos en S´lidos o Dpto. F´ ısica de Materiales - UCM Curso 2002-03

1.

Introducci´n o

En esta pr´ctica vamos a observar c´mo la presencia de defectos var´ las a o ıa propiedades magn´ticas de los materiales. Para ello estudiaremos las variae ciones que se producen en el campo coercitivo HC (valor del campo H para el cual la imanaci´nM es cero) de hilos de n´ o ıquel al variar la densidad de dislocaciones mediante deformaci´n pl´stica y tratamientos t´rmicos. Dado o a e que la pr´ctica es de Defectos en S´lidos, y no de Materiales Magn´ticos, a o e no entraremos en m´s detalles sobre el ciclo de hist´resis del material. S´lo a e o hay otro par´metro, adem´s de HC que tendremos en cuenta, y es la imaa a naci´n de saturaci´n MS(valor m´ximo de la imanaci´n). Este par´metro o o a o a es caracter´ ıstico del material y cambia si hay una transformaci´n de fase o o si el material se oxida. El hecho de que MS no var´ al hacer tratamienıe tos t´rmicos o al deformar el material nos garantizar´ que el cambio en el e a campo coercitivo se debe a las dislocaciones y no a cambios estructurales en el material. En la mayor´ de loscasos, la principal contribuci´n de los defectos a las ıa o propiedades magn´ticas de un material se debe a la interacci´n de la imae o naci´n y de las paredes magn´ticas con campos de tensiones en el interior o e del material por medio de un acoplamiento magnetostrictivo. Dado que las dislocaciones son la principal causa de la aparici´n de tensiones internas en o un material, ser´n estos defectoslos que jueguen un papel m´s importante, a a y los unicos que tendremos en cuenta en esta pr´ctica. No obstante, el tra´ a tamiento que haremos en la pr´ctica ser´ v´lido para cualquier defecto que a a a genere tensiones internas en el material. En la pr´ctica se pretende dar una visi´n cualitativa de la interacci´n a o o entre defectos y propiedades magn´ticas. En el cap´ e ıtulo XIII de [3]puede encontrarse un tratamiento extenso del problema de la influencia de los defectos en las propiedades magn´ticas de monocristales ferromagn´ticos. e e 1

1.1.

¿Por qu´ el campo coercitivo del material depende de e la densidad de dislocaciones

La fuerza que act´a sobre una pared magn´tica depende de la posici´n u e o de ´sta en el cristal, y es funci´n de la densidad y distribuci´n de losdefectos e o o y de la distancia entre la pared y los defectos. La fuerza que act´a sobre una u pared ser´ a F (z) =
j

mj pj (z0 − z)

(1)

donde mj es el n´mero de defectos del tipo j que interact´an con la pared u u y pj la fuerza de interacci´n. o La pared estar´ en equilibrio cuando la fuerza ejercida por el campo exa terno H sea igual a la fuerza ejercida por los defectos. La fuerzaejercida por un campo H sobre una pared es proporcional al campo H [1]. Si suponemos una pared de Bloch de 180o (la expresi´n para cualquier otro tipo de o pared magn´tica ser´ muy parecida), el campo H de equilibrio satisfar´ la e a a expresi´n o 2Heq MS A cos φ = F (2)

donde A es el ´rea de la pared y cos φ el ´ngulo formado entre H y M . a a Para cambiar la direcci´n de la imanaci´n en lamuestra necesitamos o o mover las paredes. Para ello necesitamos que la fuerza ejercida por el campo externo sea mayor que la fuerza ejercida por los defectos. Cuanto mayor sea el n´mero de defectos en la muestra, mayor ser´ la fuerza entre ´stos y la u a e pared magn´tica (ecuaci´n 1) y, por tanto, mayor ser´ el campo necesario e o a para invertir la imanaci´n en la misma y mayor ser´ el campocoercitivo. o a

1.2.

¿Y si pensamos en t´rminos de energ´ e ıa?

La energ´ total de un sistema ferromagn´tico est´ constituida por la ıa e a suma de numerosos t´rminos. Uno de estos t´rminos es el conocido como e e energ´ Zeeman EZ que da cuenta de la interacci´n con un campo magn´tico ıa o e externo H. Este t´rmino se minimiza cuando M y H tienen la misma die recci´n y sentido. Por lo tanto,...