W . Cerlack. Ferroinaynetismus u. elektrische Eigenschujten 849

l?erromagnetiswms Zcnd elektrische Eigenschaften I V . Mitteilung

Ton mal ther GepZach (Mit 5 Figuren)

I. I n den vorhergehenden Mitteilungen l) hatten wir dar-

gelegt, daB bei der magnetischen Widerstandsanderung eines ferromagnetischen Elektronenleiters zwei vollig verschiedene Vorggtnge auseinanderzuhalten sind: eine Widerstandszunahme und eine Widerstandsabnahme. Die erstgenannte h d e r u n g hiingt mit den VorgBngen oder einem Teil der VorgBnge zu- sammen, welche zur ferromagnetischen Magnetisierung, also zur @,@)- Kurve unterhalb des Curiepunktes fuhren, wahrend die zweite Beeinflussung des Widerstandes mit der Ent- stehung der inneren (oder wahren, oder spontanen) Magnetisie- rung, also mit dem Ferromagnetismus als solchem zusamnien- hiingt. Rir konnten zeigen, daB ebenso wie der elektrische Widerstand unterhalb des Curiepunktes proportional zum Quadrat der an sich vorhandenen spontanen Magnetisierung abnimmt, auch oberhalb des Curiepunktes mit der Krzeugung einer wahren Magnetisierung eine Widerstandsabnahme ver- bunden ist. Die Wiederholung solcher Messungen an Nickel, Eisen und H e u s l e r scher Legierung clurch Po t t e rz ) fuhrte zu einer Bestatigung unserer Messungen, aber zu dem weiter- gehenden Ergebnis, daB unabhiingig von der Richtung des Feldes bei Temperaturen wesentlich oberhalb des Curie-

1, W. G e r l a c h u. K. S c h n e i d e r h a n , Ann. d. l’hys. 6. S. 772. 1930; W. G e r l t t c h , Ann. d. Pbys. S. S. 649. 1930; K. S c h n e i d e r h a n , Ann. d. Phys. 11. S. 355. 1931. I m folgenden zitiert als a. a. 0. I. Mitt., 11. Mitt., 111. Mitt.

2) H. H. P o t t e r , Nature 135. S. 555. 1931; Proe. Roy. SOC. X13Z S. 560, sowie briefliclie Mitteilungen.

Annslen der Physik. 5. Folge. 12. 55

550 Annalen der Pk ysik. 5. Folye. Band 12. 1932

punktes eine zu H 2 proportionale Widerstandsabnahme eintritt, mahrend K. S c h n e i d e r h a n und icli l) in unmittelbarer %he des C. P. eine ~Tiderstandsabnalinie proportional zur ersten Potenz des Feldes gefunclen hatten. Dieser Refund schien im Gegensatz zu der darnals yon uns ausgesprochenen A4nsicht xu stehen, daJ3 ferroinagnetische Korper infolge ihrer spontanen uder infolge einer wahren Magnetisierung eine Clem Quadrat tlieser Magnetisierung (also der inagnetischen Energie) propor- tionale Widerstandsabnahme erleiden sollen. Mittlerweile wurden unsere Messungen wieclerholt und iiber den Rereich tler P o t t e r schen Untersiichungen hinaus insofern erweitert, als wir die wahre Maguetisierung selbst gleichzeitig mi t der Widerstandsabnahme gemessen haben. 2) Es ergab sich. daB letztere stets proportional dem Quadrat der wahreiz Magneti- sierung ist, unabhkngig davon, wie die wahre Magnetisierung rom Felde abhiingt.

Dab sowohl unsere friiheren Messungen (- d Iz - @) wie die neuen Messungen (- d R - u2) miteinander iibereinstimrnen, sei an einem Beispiel der letzteren gezeigt. 3, Der Nickeldraht wurde auf 365OC gehalten, der Curiepunkt 4, war etwa 358°C. Es wurde gleichzeitig - A R und 0 (die wahre Magnetisie- rung) als Funktion des Feldes geniessen. I n Fig. 1 zeigt die obere ausgezogene Kurve die Magnetisierung B (in relativen Einheiten) als Funktion des Feldes 23, die gestrichelte Kurve gibt 6 als Funktion ron 1 / H . Es ist also B i n unserem Feld- und Temperaturbereich zienilich streng proportional xu V H , oder 0%- H. Der untere Teil der E’igur entlialt die Wider- standsabnahme in 10-6 Q als Funktion des Quadrates tler Magnetisierung, - A R ist streng proportional zu c2. A R = 100 I 0+ D bedeutet eine Widerstandsanderung ron e t w 0,Ol Proz., welche noch auf wenige Prozent genau gemessen werclen lionnte.

1) A. a. 0. I. Mitt. 2) W. G e r l a c h u. E. E n g l e r t , Kature 128. 1931. 25. Juli. 3) Das gesamte Messungsmaterial an Kickel und Nickellegierungen

ist in einer in Ztsehr. f. Phys. im Druck befindlichen Arbeit von Hrn. cand. phys. E n g l e r t enthalten.

4) Nach der a. a. 0. I. Mitteilung gegebenen Definition.

TV. Gerlack. li’erromagnetisrnus u. elektrische Eigenschaften 851

Ximnit rnan Po t t e r s Ergebnis der Unabhgngigkeit der Widerstandsabnahme von der Richtung des magnetisierenden Feldes (d. h. longitudinal oder transversal) oberlzabb cles Cnrie- pimktes dam, so ergibt sich, da6 in der Tat die ferroniayne-

-A X

-m-o - Magnetisierung a19 Funktion der FeldstLrke -@-a- hlagnetisierung als Funktion der Wurzel aus der Feldstgrke c-++ Widerstandsabnahme als Funktion d. Magnetisierungsrluadrlttes.

Nickel Temp. 365 C (Curiepunkt 358 O C) Fig. 1

tischen Elektronenleiter eine Widersfa?tdsverminderung propor- tional dem Quadrat der inneren rnagnetischen Energie auj- weisen. Wir konnen dieses Ergebnis auch in quantitativer Beziehung dahin erweitern, da6 die Proportionalitiitskonstante, welche magnetische Energie und Widerstandsverminderung rerbindet, unterhalb des Curiepunktes (im Gebiet der natur- lichen spontanen lfagnetisierung) und oberhalb desselben (im Gebiet cler wahren lfagnetisierung) von der gleichen Gro6en- orclnung ist.

65*

552 AnnaZen der l 'hgsik. 5. Folge. Band 12. 1932

11.

In cler zweiten und dritten Abhandlung hatten wir einen Teil des Materials mitgeteilt, welches uns zu dem Gesetz der longitudinalen Widerstandszunahnze als Funktion der Magne- tisierung fiihrte: + A B = c ( J 2 - Jo2). Sowohl der Propor- tionalitatsfaktor c a i e die Magnetisierungswerte Jo ergaben sich als stark abhangig von der Struktur (mechanische Yor- hehandlung) der untersuchten Nickelprobe. J o war auch tempe- raturabhangig; dagegen scheint der Proportionalitatsfaktor c nur dann temperaturabhangig zu sein, wenn sich die Struktur des Drahtes mit der Temperatur andert. Wenn J = J,, d. h. die magnetische Siittigung erreicht ist, bleibt die Widerstands- Bnderung auch bei weiterer Steigerung des Feldes konstant. Diese wichtige Aussage wurde nochmals eingehend gepruft und zwar aus folgenden Griinden : Zunachst war festzustellen, ob fur die ferromagnetische Widerstandserhohung J oder 8 maBgeblich ist. Man kann die Frage auch dahin erweitern, ob die allgemein bei Elektronenleitern beobachtete Wider- standszunahrne im inagnetischen FeId auch bei Nickel nach- meisbar ist. Sodann scheint die Moglichkeit zu bestehen, durch Messung der Widerstandshderung in Feldern oberhalb der Skttigung die Frage nach der absoluten Sattigung zu be- antworten; bekanntlich finden W e iss nnd F o r r e r in hohen Feldern eine dem Feld proportionale Zunahme von J oberhalb der Sattigung ,,J,", wiihrend Kapi t z a dieses Wachsen yon J hestreitet.

a) Zur Prufung der Siittigung wurden auf meine Ver- anlassung von Hrn. cand. A u w a r t e r qTiderstands%nderung und Magnetisierung eines sehr weichen Eisendrahtes aus sehr reinem vakuumgeschrnolzenen Elektrolyteisen im Skttigungs- bereicbe mit der hochsten erreichbaren Genauigkeit gemessen.

Die folgende Tnbelle gibt in der ersten Spalte das Feld, in der zweiten die Magnetisierung J (in relativen Einheiten) hei 250°C, in der dritten die Widerstandszunahme + d R bei 249O und in der vierten bei 251O. Der Widerstand des ganzen Drahtes betrug bei 249OC 1,13641, Q. Die MeB- genauigkeit des einzelnen Wertes ist t 3 Einheiten der letzten Stelle bei A R , und & 5 Einheiten bei J . Zwischen 570 und 770 Gauss ist also keine Zunahme in J oder A R mehr fest-

TV. Gerlach. Ferromagnetismus u. ebktrische Eigenschaften 553

Tabe l l e 1 Elektroly teisen

Feld (Gauss)

0 0,64 1,92 3,20 4,48 6,4 976

12,s

51,2

19,2 32,O

ti4 96

12s 192 256 320 44s ,512 57ti 640 704 768

J (re1 )

0 S5

730 1469 2039 2631 3141 334s 3535 3693 3834 3910 4078 4204 4407 4572 4676 4739 4746 4755 4754 4755 4757

____

Fehlergrenze * 5

0

15 10-5 107 200 310 43s 509 628 698 853 94.5

1169 1371 1736 2071 2303 24til 2477 2486 2489 249 1 2491

0 - 24 * 10-6 95

189 307 435 504 581 713 8(11 954

1178 1379 1744 2073 2316 2468 2487 2494 2497 2497 2497

Fehlergrenze f 3.

zustellen, d. h. A R zeigt ferromagnetische Sattigung. Diese Messung beweist, daB die Widerstandserhohung durch die Magnetisierung J , uncl nicht durch 8 I) und erst recht nicht durch !B2 bedingt ist. Denn 8 = 4 z J + 8 erhoht sich im Siittigungsgebiet von J , von 570 zu 770 Gauss urn 1 Proz., wiihrend eine Widerstandszunahme von mehr als 0,24 Proz. (ungiinstig gleich dem doppelten MeBfehler gerechnet) im gleichen Feldbereich mit den Messungen nicht vertraglich ist.

b) Dagegen liefern diese Messungen erneut die Giiltigkeit cles ( J 2 - Jo2) - Gesetzes. Man erhalt durch rechnerische Aus- gleichixng der Beobachtung die dnnaiherungsgleichung

+ d R = c (J2 - JO2) c = 2,20 * JO2 = 1128 - 104.

1) 0. Stierstadt, Ztschr. f. Phys. 65. S. 575. 1990; vgl. auch l’hys. Bev. 37. S. 1356. 1931.

854 Annulen d p ~ Physih. 5 . Folyc. Bund 12. 1932

( J und J , sind in den relatiren Einheiten der Tabelle zii

nehmen.) J , ist gennu gleicli ~ J,. Es ist spiiterhin noch

zu untersuchen, ob fur weiches Eisen generell diese Beziehung gilt; S t i e r s t a d t s Messung Xr. IV1) an ahnlichem Material, melche ich friiher in gleicher Weise analysierte 2), liefert sehr nahe dieselbe Reziehung (J,:J, = 1,38 statt 1,41). I)a die Komponente der spontanen Magnetisierung in der (1 10)-Richtung

ebenfalls -- der Siittigungsinagnetisierung 3, ist, und fur die

~-iderstandsanderung eines Kristalls in der (1 lO)-Bichtung

ebenfalls A R = c ( J 2 - - - J:) gilt4), liegt es nahe, hier einen

inneren Zusaminenhang zu sehen. Dieser scheint in folgendem zu liegen : sehr reiner gezogener Eisendraht rekristallisiert bei Erhitzung leicht und zwar so, daB die (110)-Richtung in die Drahtachse fillt. Da nun S t i e r s t a d t ausdrucklich betont, claB sein Draht Xr. IV rekristallisiert war, diirfte die Beziehung

1

1/2

1

1/%

1 2

.I, = ___ J , deshalb gelten. weil es sich urn die Messung 1/’ cler TTiderstandsanderung an Rristalliten handelt, welche zuiii grii6ten Teil init ihrer (110)-Ache in Richtung des Drahtes nncl damit parallel zum Magnetfeld liegen.

c) Die Frage, ob ein ferromagnetischer Leiter auBer der HI J 2 proportionalen aiderstandsanderung auch die normale Iyiderstandszunahme aller Elektronenleiter im Magnetfeld zeigt, ist nacli diesen Messungen natiirlich noch nicht endgiiltig zu beantworten, weil die Feldstiirken hierzu zu klein sind. JIan kann nur eine obere Grenze fiir die Konstante eines d R = L - H 2 - Gesetzes geben: L ist kleiner als lo-”, wiihrend L fiir andere Leiter (Au, -4g, Sn) in cler GroWen- ordnung ist.

Es mu13 bezweifelt werden, oh sich diese Frage uberhaupt liisen IiiWt, weil in starlieren Feldern vielleicht eine Zunahme der spontanen Magnetisierung (vgl. oben) und damit wieder -~ -

1) 0. S t i e r s t a d t , Ztschr. f. Phys. 65. S. 5;s. 1931. 2) W. G e r l a c h , a. a. O., 11. Mitteilung auf S. 660.

.;) W. W e b s t e r , Proc. Roy. Soc. London A 113. S. 196. 192;. 4) W. G e r l a c h , a. a. O., IT. Mitteilung.

Daselbst sind in tler ersten Vertikalspalte die Zahlen 1 und IV zu vertauschen.

TI7. Gerlach. Ferromagnetismus u. elektrische Eigenschaften 555

eine Riderstandsabnahme z u erwarten ist. Wir hoffen aber, letzteres experimentell mit einer Methode priifen zu konnen, welche nicht durch eine das Ergebnis falschende transversale Feldkoinponente gestort ist.')

111.

a) Zur Deutung der Widerstandszunahme durch die longitndinale Magnetisierung von Eisenkristallen betrachteten wir friiher die beiden Teile der Magnetisierungskurve: die Magnetisierung bis zur Erreichung der Komponente der spontanen Magnetisierung in die Feldrichtung und das Um- drehen dieser aus der Richtung der leichtesten Magnetisier- barkeit (ihrer natiirlichen Lage) in die Feldrichtung. Zur Retrechtung eines polykristallinen Materials in gut getempertem Zustand beniitzen wir die heute gehrauchliche Terminologie, die ihre beste Begriindung in der Theorie und den Versucheu \on R. R e c k e r 2 ) und 31. K e r s t e n gefunden hat: wir unter- scheiden zwischen Ummklappproxessen, welche an sich irreversibel, und Drehproxessen, welche an sich reversibel sind. Bei Nickel ist es leicht, durch einfache mechanische Behandlung die eine oder die andere Kategorie dieser an der Erreichung der Siittigung beteiligten Prozesse vorwiegend zu erzeugen. Man lrann diese Sachlage kurz so ansdriicken: durch Zug- beanspruchung von Nickeldraht werden die Elementarmomente wesentlich senkrecht zur Drahtachse gestellt, man erhalt bei der Nagnetisierung hanptsachlich Drehprozesse, erkeiintlich durch eine langsam ansteigende, flache Hystereseschleife; durch elastische Torsion werden die Elementarmagnete unter 45 O zur Drahtachse gestellt, nian erhalt durch Umklapp-

1) W. M. J o n e s u. J. F. M a l a n , Phil. Mag. (6) 37. S. 649. 1914, messen bei Nickel bis 15000 Gauss nach einer anfanglichen Wider- standszunahme um 2,3 Proz. eine Abnahme auf etwa 2,2 Proz. Kom- biniert mit der Zunahine von ,,J," nach W e i s s und F o r r e r (Ann. de phys. (S) 5. S. 153. 1926) und unter Annahme der (- A R = c (r2)-

Beziehung ergibt sich mit unserer Konstanten c immerhin die zu er- wartende GriiBenordnung. Die Stiirung durch eine transversale Feld- komponente ist bei diesen Messungen von J o n e s und Rlalan zwar sehr genau diskutiert, jedoch nicht ganz ausgeschlossen.

2) R. B e c k e r , Ztschr. f. Phys. 62. S. 253. 1930; R. I ' ,ecker und 11. K e r s t e n , Ztschr. f. Phys. 64. S. 660. 1930.

556 Annulen der Physik. 5. Folge. Band 12. 1932

prozesse eine steile, breite Hystereseschleife (im Grenzfall die wichtigen F o r r e r schen ,,Rechteckschleifen"). Die Magnetisierungskurve (J , H ) des getemperten Materials setzt sich aus beiden Prozessen zusammen, indem zunachst wesent- lich Umklapp-, gegen die Sattigung hin wesentlich Drehprozesse erfolgen. Die Messung der G a n s schen reversiblen Permeabilicat gibt eine erste Handhabe zur Trennung der beiden Vorgange, ein zweiter Weg ist die Messung des Barkhausenefiektes. Doch scheint bei der ersten Methode die Auswertung nicht ganz eindeutig, im zweiten Fall die quantitative Messung schwierig zu sein.

Setzen wir aber die beiden Vorgange der Kristall- magnetisierung und der Kristallitmagnetisierung in Parallele (Einstellung der Komponenten der spontanen Magnetisierung = Umklappprozesse; Eindrehen der spontanen Magnetisierung in die Feldrichtung = Drehprozesse), so sollte eine Widerstands- zunahme nur mit d e n Drehproxessen verbunden sein.

Zur Priifung dieser Hypothese, deren Richtigkeit die Moglichkeit liefern wiirde, jeden Magnetisierungsvorgung nach diesen beiden Kovnponenien zu analysieren , haben wir Unter- suchungen durchgefiihrt, iiber deren Ergebnisse ein zusammen- fassender Rericht hier gegehen werden soll. Wir sind dabei zur Uberzeugung gekommen, daB die vorgeschlagene Hypothese die charakteristischen Reobachtungen zwanglos verstehen lakit. Eine solche Annahme scheint schon darum plausibel, weil eine bloRe Richtungsanderung urn l S O o keinen EinfluR auf den elektrischen W-iderstand hahen sollte.

b) Als wichtigstes Ergebnis unserer Messungen iiber die Widerstands - ~agnetisierungsfunktion sprachen wir an , dal3 die Widerstandshderung eines getemperten Drahtes erst dann merkliche Werte annimmt , wenn die Magnetisierung schon erheblich hohe Betrage erreicht hat, und daR sie im Sattigungsast einem Gesetz + d R = c ( J 2 - .To2) folgt.') Die Kombination

1) Das gleiche ergibt sich bei der Untersuchung der longitudinalen, thermomagnetischen , elektromotorischen Kraft zwischen zwei Teilen eines Drahtes, welche unter gleichem magnetischen Feld eine elektro- motorische Kraft zeigen, wenn ihre Temperatur verschieden ist. Auch diese elektrische Erscheinung als Folge der Blagnetisierung tritt zum grBJ3ten Teil erst im Bereich der Sattigungsmagnetisierung auf (H. B r o i 1 i , ?Ilunchener Diss. 1931 ; erscheint als Mitteilung V).

W . Gerlach. Ferrornagnetismus u. elektrische Eigenschaften 857

dieses Befundes mit der im vorstehenden gegebenen Unter- scheidung zwischen Umklapprozessen und Drehungsprozessen fiihrt zu dem Ergebnis, da8 die ferromagnetische Widerstands- erhohung nur mi t den Drehprozessen verbunden ist.

Schon I(. S c h n e i d e r h a n l) hat darauf hingewiesen, daB der Siittigungswert der Widerstandszunahme und vor allem

+AR € 706s

Widerstandszunahme als Funktion des Quadrates der Magnetisierung. Sehr harter Nickeldraht. Probe I. x Probe I1

Fig. 2

ihre Verteilung auf die verschiedeneii Bereiche der Magneti- sierungskurve von der mechanischen Spannung des Nickel- drahtes abhangig sind2): je hkrter der Draht ist, j e st" k er er

1) K. S c h n e i d e r h a n , Ann. d. Phys. 11. S. 385. 1931. 2) Hier sei auf die an nenem Material zu dieser Frage sehr reiche

Arbeit von L. W. M c K e e h a n (Phys. Rev. 36. S. 948. 1930) hingewiesen, woselbst auch die Diskussion Zilterer Arbeiten zu finden ist. Unsere Arbeit unterscheidet sich von dieser Untersuchung wesentlich dadurch, daLl wir typische FZille, die durch genaue J, H-Messung charakterisiert sind, bringen. Wir haben - vielleicht durch exaktere Definition des Materials und genauere Messungsmethode - niemals solch ,,bizarre appearancet' gefunden , wie 31 c K e e h a n in seinen ( A R, B) - Kurven. Jedoch diirfte in den wesentlichen Ergebnissen keine qualitative Diskrepanz vor- handen sein.

858 Annalen d r y Physik. 5. Folgr. Bund 12. 1932

gespannt ist, desto groBer ist die magnetische Widerstands- erhijhung und bei um so kleineren J-Werten beginnt sie. Durch Spannnng eines Nickeldrahtes werden nach B e c k e r und K e r s t e n die liysteresekurven J. H flach, ?veil infolge der Richtung der Elementnrmoniente senkrecht zur Draht- achse die Zahl der Drehungsprozesse znnimmt, die der Um- 1;lappprozesse abnimmt.

Es wurde die longitudinale Widerstandserhohung eines hartgezogenen und wiihrend der Meisung straff gespannten

Drahtes aus Mondnickel als Funktion der Magnetisierung gemessen. Die Widerstands- zunahme ist in ihrem ganxen Verlauf proportional dem Quadrat der Magnetisierung. Fig. 2 enthiilt zwei Messungen bei Zimmertemperatur l) an zwei verschiedenen Draht- proben.

f A R = c . J 2 ist also der eine Grenzfall, in welchern durch die Zugbeanspruchung alle Elementarmomente senk- recht zur Drahtachse, und da- mit zu Stroin- und Feld- richtung geordnet sind, und die Magnetisierung ausschlieb lich aus Drehprozessen be- steht.

Der zweite Grenzfall ist der, daB die Magnetisierung

nur aus Umklappprozessen besteht. Ob diesjer sich bei Nickel vollstbdig realisieren lafit, wissen wir noch nicht. Die Magne- tisierungskurve miire eine ideale Rechteckschleife mit einem

1) Messungen bei h6heren Temperaturen sind in der in kurzem als Mitteilung VI erscheinenden Abhandlung von Hrn. E r n o E n g l e r t enthalten.

W. Gerlack. E'erromagnetismus u. elektrische Eigenschaften 859

J-Sprung -ion - J , his + Jm.l) Wir geben hier ein Beispiel fiir die M'iderstandszunahnie eines Nickeldrahtes, welcher in- folge geeigneter mechanischer Vorbehandlung nach Ausweis der t J , H)-Kurve eiiien groBen ~lagnetisierungssprung zeigt. also bei eineni bestimmten Feld eine groBe Zahl von Umklapp-

ITiderstandsiinderung als Funktion des Quadrates der Magnetisierung. Auf- und absteigender Ast

11. Draht mit schmaler, flacher J, H-Hysterese Fig. 4

proLesseu erleidet, iin fibrigen Feldbereicli aber eine konti- nuierlich fortlaufende Magnetisierungskurre hat. Die Wider- sta?dsanderung ist hier fast ausschlieplich in dew J-Hereich vorha?iden, in zuelchenz die kontinuierliche Magnetisierung durcli

1) Bis jetxt scheint dieser Fall nur bei Eisen-Nickellegierungen beobnchtet zu sein, wiihrend bei reinem Nickel der Sprung von - +Jm bis + f.Jm geht.

T. Draht mit breiter, steiler J , H-Kysterese

- ~- _ _

860 Annalen der Physik. 5. Folge. Band 12. 1932

die Drehprozesse vor sich geht. Fig. 3 Kurve I zeigt die J , H-Kurve, Fig. 4 Kurve I die zugehiirige ( A R, J2)-Kurve fur den aufsteigenden und absteigenden Ast zwischen den Punkten A-B-C-D der Fig. 3.l) (Die entsprechenclen Punkte sind in Fig. 4 mit gleichen Buchstaben bezeichnet). Auf den1 auf- steigenden Ast A B C ist die Widerstandszunahme zunachst sehr klein, sie beginnt erst bei B (J - 600) (rel. Einheiten) groBere Betrage anzunehmen , wenn die langsam erfolgenden Drehprozesse iiberwiegen. Auf den absteigenden Ast geht fast die gesamte Widerstandszunahme zwischen C und D zuriick, vom Maximalwert 0,6 Proz. anf 0,025 Proz., waihrend J nur von 1100 auf 700 zuriickgeht. Mit den1 weiteren Ruckgang von J von 700 auf 0 ist fast gar keine Widerstandsanderung verbunden. Die quadratische Beziehung A R = c [ J 2 - - Joz) ist erfullt, es ist eine kleine Hysterese vorhanden (vgl. u.). J, i s t d i e durch Umklappproxesse bedingte Maynetisierung.

Die Kurven 11 in Figg. 3 und 4 enthalten die gleichen Nessungen an dem gleichen Draht, nachdem er stark gegliiht und dann unter Spannung von der GroBenordnung 3-4 kg pro Quadratmillimeter gesetzt war, so daB also jetzt wieder mehr Drehprozesse zur Magnetisierung fiihren. Die Hysteresekrirve ist fiacher, Koerzitivkraft und Remanenz sind kleiner geworclen. Die Widerstandsanderung erstreckt sich auf einen viel groDeren Xagnetisierungsbereich , die A I? = c (J2 - JO2)-Beziehung gilt fast ohne Unterschied im auf- und sbsteigenden Ast; nur fiir kleine J2-Werte ist eine geringe Hysterese vorhanden; J , i s t gleich der Remanenz.

Die Daten dieser Versuche sind in der folgenden Tab. 2 tlargestellt.

Wichtig ist in diesen Ergebnissen auch der absolute Re- trag der maximalen (ges8ttigten) Widerstandsanderung : erfolgen viel Umklappprozesse, wie im Falle I der steilen (Rechteck)- Schleife, so tritt die Magnetisierrxng durch Drehprozesse zu- riick, so ist die Widerstandsanderung klein, uncl nmgekehrt. Das Verhiiltnis tler Siittigungswerte von A R, = 2,2 fiir die -~

1) Bei den Hysteresernessungen I wurde die Magnetisierung nicht bis zur Siittigung ausgesteuert ; der ungeftihre Siittigungswert wurde nacli der Messung gcsondert bestimmt.

W. Gerlach. Ferromagnetismus u. elektrische Eigenschuften 861

Tabe l l e 2

750

380

Widerstands- Magnetisierung lnderung _ _ _ ___

. - - Jre,

54O1, 29O/* 1,13('/, 0,039°/o 5,3O/,

27O/, 7,5° /0 I 2,5"/, 0,04io/,, 1.9'/, 1

I

Hy%kse- 1 1400 schleife

Flache I1 I Hysterese- ~ 1400

schleife

beiden Drahte 1 und I1 charakterisiert dieselben beziiglich der Magnetisierung durch Drehprozesse.

c) Offenbar besteht auch ein Zusammenhang zaischen der magnetischen U'iderstandsanderung durch die inagnetischen Drehprozesse und der Widerstandsabnahme von Nickel durch Zugbeanspruchung I); denn es scheint sicher, daB die Anomalie - alle aiideren Metalle, ausgenommen Bi, haben einen positiven Widerstandsspannungskoeffizienten - mit der h d e r u n g der magnetischen Struktur 2 ) durch den Zug zusammenhangt : Werden clinch Zug die Elementarmarnente senkrecht zu desseu Drahtachse gerichtet, so wird die magnetische Struktur durcli Drehproxesse gerade im entgegengesetzten Sinne geandert wie (lurch die Magnetisierung. Lieferte letztere ein + d R, su mu8 ersteres ein - A R ergeben, wie beobachtet. Auch die GroBenordnung der beiden Effekte ist durchaus die gleiche. Und schlieBlich folgt aus unseren Nessnngen, sowie aus den Messnngen von Mc Keehan bei Fe-Ni-Legierungen, daB all- gemein die Widerstandszunahme durch Magnetisierung um so grijWer ist, je grofier die Widerstandsabnahme durch den Zug war (vgl. Fig. 5). SchlieBlich geht die Widerstandsverminderung

1) Zahlreiche Angaben, auch bezuglich der Literatur, vgl. L. IV. R I c K e e h a n , a. a. 0.

2) DaB die Erscheinung mit dem Ferromagnetismuv zusammeu- hiingt, ist durch das Verschwinden der Anomalie am Curiepunkt be- wiesen. Aber es ist eine spezifische Eigenschaft des Nickels, denn Eisen zeigt keine Widerstandsabnahme.

~

862 Annalen der Pkysik. 5 . Folge. Band 12. 1932

d m h Zug von einer gewissen Belastung an in eine Znnalime iiber: erstere kann nach nnseren Snschauungrn nur so lange tdolgen, bis alle Elenientarmomente seiikreclit ziir Drehachse stehen; dann folgt die allen Xetallen gemeinsame Widerstands- xanahme durch Zug.

d) Venn also die Widerstandszunahme nur init den an sich reversiblen Drehungsprozessen zusammenhangt, so sollte sie keine Hysterese zeigen. Es wird aber bekanntlicli Hysterese beobachtet; jedoch ist, wie zuerst h'. S c h n e i d e r h a n durch tlie parallele Messung der Magnetisierungshysterese und cler Widerstandshysterese nach\\ eisen konnte, die .,riderstands- rernanenz A R,,, " ganz erheblich kleiner als die magnetische Remanenz oder auch als das Quadrat der iuagnetischen Re- inanenz. [Z.B. d &,,, = 7 Proz.; J,,,,l = 50 Proz. ; & = 25 Proz., alles bezogen anf die Siittigungswerte (vgl. auch oben Tab. 213. \Tie aber schon bemerkt, erfolgen im allgemeinen bei cler Magnetisierung gleichzeitig Umltlappprozesse und Drehungs- prozesse. Erstere liegen zum groaten Teil im Gebiet der steilansteigenden ( J , 8) - Icurve, letztere \\esentlich in ihrem Sattigungsast. Jedoch diirften sie kaum voneinander vollig unabhangig sein, da das voin aiuReren magnetisierenden Feld herriihrende Drehmoment durch die innere Wechselwirkung (etwa das G a n ssche zwischeninoleliulare Felcl) urn so mehr verandert wird, j e mehr Elementarinomente durch die Umklapp- prozesse schon parallel gerichtet sind. Es ist also noch eine kleine Riderstandsremaneuz vorhanden, weil auf der riick- liiufigen Kurve zwischen Siittigung und Magnetisierungsreiiianeni: nicht alle Drehprozesse riickgangig gemacht worden sind, weil auch die Drehprozesse eben wegen tlieser inncren TVechsel- wirkung nicht viillig hysteresefrei verlaufen.

J e vollstandiger die Maguetisierung atus Drehprozessen hesteht, desto geringer ist anch die Hysterese in der Wider- standsanderung; Messung I1 der Tab. 2 ~i i tha l t ein Beispiel hierfiir.

Durch die gleiclie Uberlegung versteht man, waruin auch tlie Beziehung zwischen A R und J 2 eiiie Hysterese zeigen k a m (vgl. Fig. 3).

e) Anch bei Eisen beobacliten wir eine Abhiiiigigkeit tler ~~ ide r s t ands~~nderung von der Zugheaiisprucliuiig. So zeigte

W. Gerlach. Ferromagnetismus u. elektrische Eigemchafteiz 863

ein hartgezogener Stahldraht bis zu einer Magnetisierung von etwa '1% der Siittigungsmagnetisierung uberhaupt keine Wider- standskderung, und die maximale Widerstandsanderung war wesentlich kleiner als die von weichem, gut ausgegliiliten Material: durch den Zng werilen hei Eisen Momente parallel der Drahtachse gerichtet, so tlalj die Drehprozesse abnehmen, die magnetische Widerstandszunahme also ebenfalls lrleiner wird, wghrend die Zugbelastung an sich den Widerstand erhoht. M c K e e h a n gibt a. a. 0. sogar ein Beispiel, in welchem iiber- hanpt keine magnetische Widerstandszunahme eintritt , weil (SO miichten wir diese Versuche auf Grund unserer Erfahrung denten) alle Drehprozesse bereits durch den mechanischen Zug ausgefiihrt sind. Fig. 5 zeigt zwei charakteristische Faille nach

Widerstandsanderung durch Magnetisierung und Zug

Fig. 5 cx) Fe + 65 Proz. N i , P, Fe + 84 Proz. Xi

Mc K e e h a n (a. a. 0. offenbar Messungen von P. P. Cioffi): u) Eisen + 65 Proz. Nickel fiir den eben beschriebenen Fall, nnd ,!?) Eisen + 84 Proz. Nickel f u r den inversen Fal l , in welchem clurch Zug der Widerstand erniedrigt und durch die Magnetisierung infolgedessen pine urn so groi3ere Widerstands- znnahme erzeugt wird.

Zuaammenfassung

1. Oberhalb des Curiepunktes erfiihrt Nickel eine magne- tische Widerstandsabnahme , proportional dem Quadrat der wahren Magnetisierung, also der inneren magnetischen Energie.

2. Die Widerstandszunahme im ferromagnetischen Gebiet geht proportional ( J 2 - Jo2) und ist mit der Magnetisierung gesiittigt. Die GroBe J , fur polykristallines Material wird im AnschluB an die friiheren Untersuchungen iiber die Wider-

864 Annalen der Physik. 5. Folge. Band 12. 1932

standsanderung von Eisenkristallen als der Betrag der Magne- tisierung durch Umklappprozesse gedeutet.

3. Die Widerstandszunahme ist verbunden mit den Dreh- prozessen der Magnetisierung. Diese Hypothese wird durch Messungen der Widerstandsanderung und ihrer Hysterese unter extremen Bedingungen begrundet. F u r stark gezogenes Nickel gilt die eindeutige Beziehung + A R = C J 2 .

Den Herren cand. phys. E n g l e r t und Aumgr te r danke ich fur ihre unermudliche Hilfe, der Sotgemeinschaft Deutscher Wissenschaft fur die zur Verf ugung gestellten Hilfsmittel.

Munch e n, Physikalisches Institut der Unirersitiit , den 26. November 1931.

(Eingegangen 2s. November 1931)