Feynmann - Feynmann 7

Другой интересный пример ферромагнетизма дают некото­рые редкоземельные элементы. Здесь мы встречаемся с еще боль­шими странностями в расположении спинов. Эти металлы не ферромагнетики в том смысле, что все спины в них параллель­ны, и не антиферромагнетики в том смысле, что спины сосед­них атомов противоположны. В этих кристаллах все спины в одном слое параллельны и лежат в плоскости слоя. В следую­щем слое все спины снова параллельны друг другу, но смотрят уже в несколько ином направлении. В следующем слое они тоже направлены в другую сторону и т. д. В результате вектор локального намагничивания (в слоях) меняется по спирали: магнитные моменты последовательных слоев поворачиваются при движении вокруг линии, перпендикулярной слоям. Инте­ресно попытаться проанализировать, что получается, когда к такой спирали прилагается поле, найти все скручивания и повороты, которые должны происходить со всеми этими атом­ными магнитиками. (Некоторые люди просто увлечены теориями подобных вещей!) В природе встречаются не только «плоские» спирали, но существуют еще случаи, когда направления маг­нитных моментов последовательных слоев образуют конус, так что у них есть не только спиральная компонента, но и одно­родная ферромагнитная компонента в том же направлении!

Магнитные свойства материалов на более высоком уровне, чем занимались мы с вами, очаровывают многих физиков. Пре­жде всего этим увлекаются люди практического склада, кото­рые любят придумывать способы улучшать разные вещи; им нравится изобретать более совершенные и интересные магнит­ные материалы. Открытие таких материалов, как ферриты, или их применение немедленно привело в восторг тех, кто выиски­вает новые хитрые пути сделать вещи совершеннее. Но есть еще люди, которые находят очарование в той ужасной сложности, которую природа создает на основе лишь нескольких фунда­ментальных законов. На основе одной и той же общей идеи природа от ферромагнетизма железа и его доменов дошла до антиферромагнетизма хрома, магнетизма ферритов и гранатов, до спиральной структуры редкоземельных элементов и шагает все дальше и дальше. До чего же приятно экспериментально открывать все эти странные явления, упрятанные в подобных особых веществах! А физикам-теоретикам ферромагнетизм по­дарил целый ряд интереснейших еще не решенных красивых проблем. Одна из них: почему вообще существует ферромагне­тизм? Другая — вывести статистику взаимодействующих спи­нов в идеальной решетке. Даже если пренебречь дополнитель­ными усложнениями, эти проблемы до сих пор не поддаются полному пониманию. Причина, по которой они так интересны,— удивительная простота постановки задачи: в правильной ре­шетке задано множество электронных спинов, взаимодействую­щих по такому-то и такому-то закону; что с ними в конце концов происходит? Поставить-то задачу было легко, а вот пол­ному анализу она не поддавалась многие годы. И хотя для тем­ператур, не слишком близких к точке Кюри, она была проана­лизирована довольно тщательно, теория внезапного перехода в точке Кюри до сих пор еще ждет своего решения.

Наконец, задача о поведении систем атомных магнитиков: и ферромагнетизм, и парамагнетизм, и ядерный магнетизм — исключительно полезные вещи для студентов-физиков старших курсов. Внешним магнитным полем на систему спинов можно воздействовать и так и сяк, поэтому можно придумать множе­ство фокусов с резонансами, процессами релаксации, спиновым эхом и другими эффектами. Эта задача служит прототипом мно­гих сложных термодинамических систем, с тем преимуществом, что в парамагнитных материалах положение обычно гораздо проще и исследователи с удовольствием ставят здесь экспери­менты и объясняют явления теоретически.

Мы заканчиваем наше изучение электричества и магнетизма. В гл. 1 (вып. 5) мы говорили о великом пути, пройденном со времен, когда древние греки наблюдали странное поведение янтаря и магнитного железняка. Но еще нигде в наших длин­ных и запутанных рассуждениях мы не объяснили, почему, когда мы натираем кусок янтаря, на нем возникает заряд, не объяснили мы и того, почему намагничен природный магнит­ный железняк ! Вы можете возразить: «Нам просто не удалось получить правильного знака». Нет, дело обстоит гораздо хуже. Если бы мы все-таки получили правильный знак, по-прежнему остался бы вопрос: почему кусок магнитного железняка в земле оказался намагниченным? Конечно, существует магнитное поле Земли, но откуда взялось это магнитное поле Земли ? Вот это­го-то на самом деле никто и не знает, и приходится довольство­ваться только некоторыми правдоподобными догадками. Так что, как видите, наша хваленая современная физика — сплош­ное надувательство: начали мы с магнитного железняка и ян­таря, а закончили тем, что не понимаем достаточно хорошо ни того, ни другого. Зато в процессе изучения мы узнали огромное количество удивительных и очень полезных для практики вещей!