Anizotropia magnetyczna

Anizotropia magnetyczna – zależność (anizotropia) podatności magnetycznej w kierunku prostopadłym i równoległym do osi symetrii^[1]. Z własnością tą związany jest superparamagnetyzm^[2].

Źródła anizotropii magnetycznej^[3][4]:

• anizotropia jedno-jonowa,
• anizotropia magnetokrystaliczna – wynikająca z istnienia pola krystalicznego i sprzężeniem spin-orbita w lokalnej strukturze krystalograficznej^[2],
• anizotropia kształtu i powierzchni (powierzchniowa) – powodowana magnetycznym oddziaływaniem dipolowym o charakterze dalekozasięgowym, zależnym od granic i kształtu materiału. Wymusza ona kierunek namagnesowania równoległy do powierzchni,
• anizotropia oddziaływań wymiennych – powodowana przez konkurencyjność oddziaływań wymiennych rdzeni ferromagnetycznych i antyferromagnetycznych powłok tlenkowych. Odkryta w 1956 przez Meiklejohna i Beana dla małych cząstek kobaltu na powierzchni tlenku kobaltu^[2],
• anizotropia magnetoelastyczna – wynikająca z odkształceń sieci krystalicznej i naprężeń wewnętrznych (magnetostrykcja)^[2].

W materiałach krystalicznych objawia się tym, że materiał posiada osie krystalograficzne wzdłuż których przemagnesowanie odbywa się łatwiej niż w innych. Są to kierunki łatwego namagnesowania^[4]. Przy nieobecności pola magnetycznego momenty magnetyczne materiału układają się wzdłuż niej^[2].

Dla kryształu regularnego energia anizotropii na jednostkę objętości ma postać^[4]:

${\displaystyle E_{k}=K_{1}(\alpha _{1}^{2}\alpha _{2}^{2}+\alpha _{2}^{2}\alpha _{3}^{2}+\alpha _{3}^{2}\alpha _{1}^{2})+K_{2}(\alpha _{1}^{2}\alpha _{2}^{2}\alpha _{3}^{2}),}$

gdzie:

${\displaystyle K_{1},}$ ${\displaystyle K_{2}}$ – stałe anizotropii,

${\displaystyle \alpha }$ – kosinusy kierunkowe wektora namagnesowania względem odpowiednich kierunków krystalograficznych.

Dla kryształu o strukturze heksagonalnej z wyróżnionym jednym łatwym kierunkiem namagnesowania energia anizotropii wynosi^[4]:

${\displaystyle E_{k}=K_{1}^{'}\sin ^{2}\theta +K_{2}^{'}\sin ^{4}\theta ,}$

gdzie:

${\displaystyle \theta }$ – kąt pomiędzy namagnesowaniem a osią c.

Układy cienkowarstwowe o anizotropii jednoosiowej (z jednym łatwym kierunkiem namagnesowania) dobrze opisuje model przemagnesowania Stonera-Wohlwartha. Zakłada ona, że materiał ferromagnetyczny składa się z jednej domeny magnetycznej. Zakłada również koherentną rotację namagnesowania całej warstwy (wszystkie momenty magnetyczne są zawsze do siebie równoległe). Warstwę magnetyczną przybliża elipsoida obrotowa^[4].