Сверхсильные постоянные магниты

Расскажем коротко о последних достижениях в изучении новых типов ферромагнетиков и в создании на их основе мощных постоянных магнитов.
Согласно существующей теории, в развитие которой решающий вклад был внесен советскими учеными — академиком С. В. Вонсовским и членом-корреспондентом АН СССР Я Ш. Шуром, за высокое значение намагниченности у ферромагнетиков ответствен в основном элементарный магнитный момент электронов — спин Выстраиваясь при приложении магнитного гюля в одном направлении, спины могут создать огромные дополнительные поля.
Однако после снятия поля такое состояние, именно в силу большой величины энергии создаваемого поля, оказывается энергетически невыгодным. Поэтому ферромагнетик под влиянием собственного поля начинает разбиваться на области — домены. В пределах каждого домена спины направлены одинаково, но магнитные моменты доменов стремятся ориентироваться друг относительно друга так, чтобы их магнитные поля замыкались и компенсировались внутри объема образца. Предел такому дроблению кладет возрастающая энергия, связанная с существованием границ между доменами. Дело в том, что на границах спины соседних электронов, принадлежащих различным доменам, не параллельны и, следовательно, энергия их взаимодействия больше, чем у спинов внутри доменов. Реальные размеры доменов — порядка тысячных долей миллиметра и еще меньше.
Это свойство — враг номер один при создании сильных постоянных магнитов, так как разбиение образца на домены стремится нейтрализовать, уменьшить его намагниченность после включения внешнего поля.
Поэтому первой задачей, которая стала ясна ученым при создании особо совершенных постоянных магнитов, было получение частиц ферромагнетика, не слишком малых по размерам и в то же время представляющих целиком один домен.
В создании таких однодоменных частиц союзником оказалось свойство магнитной анизотропии некоторых ферромагнитных веществ, суть которой состоит в том, что энергия, необходимая для намагничения кристалла, сильно зависит от направления поля относительно его кристаллографических осей. Для перемагничивания кристалла такого ферромагнетика в направлении, не совпадающем с его так называемыми «осями легкого намагничивания», необходимо затратить дополнительную энергию. Поэтому магнитоанизотропный кристалл ферромагнетика намного более устойчив по отношению к разрушающему намагниченность действию собственного поля, чем изотропный ферромагнетик.
В результате исследований ученых Института физики металлов АН СССР были найдены условия, когда таким свойством обладают уже не микроскопические частицы, соизмеримые по размерам с доменами, а довольно крупные кристаллы ферромагнетиков. Несмотря на то что в принципе после снятия внешнего поля такой большой кристалл стремится разделиться на домены, оказалось, что для него реализуется также и однодоменное устойчивое состояние. Это было одним из важнейших условий для создания технологии сверхсильных постоянных магнитов, так как слишком мелкие частицы непригодны для этих целей по ряду соображений технического характера. Объединяя такие отдельные кристаллики, можно получить постоянные магниты с очень большими значениями магнитной энергии.
На пути к практическому созданию мощных постоянных магнитов оставалось все же еще одно препятствие — исходный материал должен был обладать не только магнитной анизотропностью, но и, что естественно, большой величиной намагниченности. Среди известных ранее материалов удовлетворительное сочета ние этих качеств, к сожалению, отсутствовало,
В самое последнее время, однако, такой ма териал был найден. Им оказались сплавы кобальта с самарием и некоторыми другими редкоземельными элементами. Объединение отдельных частиц ферромагнетика в магнит должно, конечно, происходить таким образом, чтобы оси наиболее легкого, энергетически вы годного намагничения оказались по возможности параллельными. Этого можно достигнуть, если процесс объединения отдельных частиц производить в магнитном поле.
Используя разработанные в этих исследованиях методы, в 1969-1970 гг. в лабораториях фирмы «Филлипс» и в Институте физики ме таллов АН СССР удалось получить постоянные магниты совершенно нового типа, обладающие магнитной энергией до 20 млн. гс • э, т. е. вдвое большей, чем удавалось получить ранее. Чтобы представить силы, развиваемые такими магнитами, можно сказать, что они в состоянии удержать груз, весящий в 500 раз больше самого магнита. Очевидна их огромная практическая ценность — ведь с  помощью постоянных магнитов решается множество технических задач в измерительной технике, электронике, магнитной записи и других областях техники.
Создание сверхсильных постоянных магнитов — не только свидетельство серьезного про гресса в исследовании структуры ферромагнитного состояния, но и путь к рождению новых разделов техники, в особенности в области микроминиатюризации электронных приборов, в которых вес магнитной системы зачастую составляет до 90% веса всего прибора.