Введение к работе
Актуальность темы. Магнитные свойства ферримагнитных зерен горных пород во многом определяются их доменной структурой (ДС), поэтому проблема теоретического и экспериментального исследования ДС является одной из центральных в магнетизме горных пород. В последние годы в этом отношении наблюдался существенный прогресс. Для больших многодоменных зерен он связан с развитием новой техники наблюдения ДС. Дія малых псевдооднодо.менных (ПОД) зерен субмикронного размера продвижение вперед особенно заметно в области теории в связи с возможностью компьютерного моделирования. Однако теоретические работы ограничивались рассмотрением лишь приближенных одно- или двумерных ДС, поэтому степень соответствия этих моделей реальным трехмерным структурам оставалась совершенно неясной. Широкое развитие малогабаритной вычислительной техники (микро-ЭВМ и персональных компьютеров) с высоким быстродействием и большим объемом памяти сделало возможным анализ более реалистичных физических моделей и проведение расчетов трехмерных ДС на основе строгих микромагнитных уравнений.
Изучение ДС и ее свойств - это только первый шаг к пониманию процессов, приводящих к образованию того или иного вида намагниченности. Термоостаточная (TRM) и химическая остаточная (CRM) намагниченности являются важнейшими видами естественной остаточной намагниченности изверженных горных пород. Однако в магнетизме горных пород пока нет ясного понимания как в вопросе соотношения друг с другом их величин, так и в вопросе стабильности по отношению к терморазмагничиванию даже в простейшем случае, когда носителями остаточной намагниченности выступают однодоменные (ОД) зерна, и в результате роста ОД зерен возникла кристаллизационная намагниченность - модель Хайга. Отсутствует и строгое решение проблемы влияния магнитостатического взаимодействия на процессы приобретения и стабильность по отношению к терморазмагничиванию TRM и CRM в ансамбле ОД зерен. Дело в том, что с теоретической точки зрения магнитостатически взаимодействующие системы случайно распределенных ОД зерен являются примером неупорядоченных систем типа «спиновых стекол». Теория среднего поля, применяемая обычно в анагогичных ситуациях в различного рода приложениях, не дает здесь удовлетворительных результатов, т.к. спиновые стекла не являются классической
термодинамической системой. Главным препятствием в эксперимент является невозможность получения образцов с известным] характеристиками взаимодействия вследствие кластеризации частиц. 1 связи с этим целесообразно пойти по пути математическог моделирования процессов образования TRM и CRM в ансамбле О) взаимодействующих зерен и проведения обширных численны экспериментов на современных быстродействующих компьютерах целью сравнения полученных результатов с экспериментальным данными, с одной стороны, и результатами теории среднего поля, другой стороны.
Законы Телье независимости и аддитивности парциальны термоостаточных намагниченностей (PTRM) имеют фундаментально значение при определениях палеонапряженности методом Телье и (ил* компонентном анализе палеонаправлений. Поэтому вопрос об и выполнении или нарушении в тех или иных условиях всегда привлека большое внимание специалистов по палеомагнетизму и магнетизм горных пород. Как показали теория и многочисленные эксперименть для МД и псевдооднодоменных (ПОД) зерен эти законы нарушаются Для невзаимодействующих ОД зерен эти законы справедливы, в т время как для взаимодействующих вопрос остается открытым как точки зрения теории, так и по результатам экспериментов. По это причине целесообразно провести численное моделирование процессе приобретения PTRM в ансамбле ОД взаимодействующих зерен.
Цели и задачи работы. Настоящая работа посвящен численному моделированию доменной структуры ПОД зерен магнетиі субмикронных размеров и процессов приобретения термоостаточной химической остаточной намагниченностей в ансамбле О взаимодействующих зерен.
Основные решаемые задачи: 1. Определение трехмерной ДС субмикронных зерен магнетита, частности, нахождение критического размера однодоменности величины спонтанного остаточного магнитного момента. 2.Численное моделирование процессов образования термоостаточной химической намагниченностей в ансамбле взаимодействующих О зерен. Сравнение свойств TRM и CRM, анализ справедливости законе Телье независимости и аддитивности PTRM для О взаимодействующих зерен по результатам моделирования.
5 В диссертации на защиту выносятся:
-
Методика и результаты математического моделирования трехмерной ДС ПОД субмикронных зерен магнетита (размером 0.04-0.4 мкм) в зависимости от геометрической формы зерен и начального распределения вектора намагниченности.
-
Методика и результаты моделирования методом Монте-Карло (методом численного статистического моделирования) процесса образования TRM и CRM в ансамбле взаимодействующих ОД зерен. Сравнительный анализ свойств TRM и CRM в ансамбле взаимодействующих ОД зерен по результатам моделирования. Анализ результатов численного эксперимента по проверке законов Телье независимости и аддитивности парциальных термоостаточных намагниченностей для взаимодействующих ОД зерен.
Научная новизна работы.
-
Проанализирована трехмерная ДС субмикронных зерен магнетита в широком интервале размеров (0.04 -0.4) мкм на основе микромагнитных уравнений.
-
Разработан алгоритм и проведено численное моделирование процессов образования TRM и CRM в ансамбле взаимодействующих ОД зерен методом Монте-Карло.
Практическая ценность работы определяется внесением ясности в проблемы метастабильности магнитных состояний и ДС субмикронных зерен магнетита, в вопрос о соотношении величин TRM и CRM и их стабильности по отношению к терморазмагничиванию в ансамбле взаимодействующих ОД зерен. Определен порог существования ОД состояния в зернах магнетита в зависимости от геометрической формы частиц и исходных начальных условий, подтверждено выполнение закона аддитивности Телье и обнаружено нарушение закона независимости Телье в ансамбле взаимодействующих ОД зерен.
Результаты настоящей работы обсуждались и докладывались на IV Всесоюзном съезде по геомагнетизму (Владимир-Суздаль, 1991), Всероссийском семинаре «Палеомагнетизм и магнетизм горных пород» (Борок. 1996).
Публикации. По теме диссертации опубликовано в соавторстве 7 работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения общим объемом 14$ страниц, включая 39 рисунков, 4 таблицы и список цитируемой литературы.
Автор глубоко признателен В.П.Щербакову, под чьих руководством выполнено настоящее исследование, и участниках Всероссийского семинара за советы и внимание к работе.