А   Б  В  Г  Д  Е  Є  Ж  З  І  Ї  Й  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Щ  Ю  Я 


Феромагнітне стан

Феромагнітне стан - явище Кван-товомеханіческое, що не має класичного аналога.

Феромагнітне стан в зонної теорії характеризується зрушенням підзон з різними напрямками спина на величинуобмінного розщеплення ДЕ. Але чим викликане таке розщеплення і чому воно спостерігається тільки у обраних Зс. Pассмотрім найпростіший варіант стонеровской моделі колективізованих електронів у металі і отримаємо необхідну умову існування феромагнетизму відеальному Фермі-газі.

Феромагнітне стан виникає в деяких парамагнітних речовинах при зниженні температури.

Виникнення феромагнітного стану при зниженні температури обумовлено тим, що при високих температурах атомні магнітнімоменти (спини) утворюють хаотичну систему і їх сумарний магнітний момент дорівнює нулю. Тому при високих температурах макроскопічна намагніченість в такій системі відсутня. При зниженні температури магнітні моменти атомів шикуються в упорядкованусистему з паралельними, однаково спрямованими магнітними моментами. Це означає, що парамагнітний стан переходить у феромагнітне, яке характеризується певною величиною намагніченості.

Крім феромагнітного стану, спостерігаються такожанти - феромагнітні і ферритні (або феррімагнітних) стану. Схематичне розташування спінових моментів в елементарних магнітних осередках цих речовин при дуже низьких температурах (ГТВ) вказані на мал. 3.77. Для всіх цих станів характерна правильнаорієнтація спінових магнітних моментів атомів, молекул або іонів даної речовини в осередках його кристалічної решітки. У феромагніти спінові моменти атомів в кожній елементарній комірці кристала спрямовані в одну сторону і створюють деяку намагніченість цієїосередку. У антиферомагнетиків така намагніченість відсутня, так як спінові моменти сусідніх атомів рівні за величиною і спрямовані в протилежні сторони.

Крім феромагнітного стану, спостерігаються також антиферомагнітного і ферритні (абоферрімагнітних) стану.

Для феромагнітного стану речовини характерно взаємно паралельне, розташування неспарених спінів електронів, а для антиферомагнітного - розташування, при якому кожен спін оточений спинами, орієнтованими антипараллельнопо відношенню до нього. Можливо існування і таких кристалів, в яких одні електрони зв'язані між собою феромагнітним взаємодією, а інші - антиферомагнітним, але в цілому речовина може проявляти феромагнітні властивості. Такий стан називаютьферрімаг-нітних.

Характерною властивістю феромагнітного стану речовини є наявність спонтанної намагніченості без додатка зовнішнього магнітного поля. Однак магнітний потік такого тіла буде дорівнювати нулю, так як напряму магнітних моментів окремихдоменів виходять самі різні.

При переході в феромагнітне стан з'являється макроскопічний магнітний момент - за рахунок впорядкування магнітних моментів атомів. Вище температури переходу вони дивляться в різні боки, а сумарний магнітний момент дорівнюєнулю. Напрямок, повного магнітного моменту порушує симетрію кристала. У точці переходу магнітний момент ще дорівнює нулю, виникла тільки можливість порушення симетрії, але з пониженням температури він зростає і досягає свого максимального значення притемпературі, яка дорівнює абсолютному нулю. Магнітні моменти атомів при абсолютному нулі температури повністю впорядковані.

Залежність намагнічений ності насичення від температури. В області існування феромагнітного стану рядом особливостей володіють і немагнітні властивості.

Pассмотрім перехід з феромагнітного стану в парамагнітний. Феромагнітне стан - таке, в якому знаходиться речовина в магніті. При цьому магнітні моменти окремих атомів мають переважне напрямок - більшість магнітнихмоментів розташоване вздовж осі магніту. У міру нагрівання магніту тепловий рух все більше і більше розкидає магнітні моменти за різними напрямками, і при деякій температурі середній магнітний момент атомів уздовж осі магніту звертається в нуль. Значить,речовина перейшло в парамагнітний стан, в якому магнітні моменти атомів орієнтовані безладно. При переході з феромагнітного стану в парамагнітний роль параметра порядку відіграє середнє значення проекції магнітного моменту на вісь намагнічування. Вточці переходу ця величина звертається в нуль і залишається нулем після переходу в парамагнітний стан.

Температурна залежність намагніченості насичення Fe (Я 104 Гс. | Теплоємність неферомагнітних металів. /- Ag. 2 - А1. | Теплоємність феромагнітного нікелю. Вобласті існування феромагнітного стану рядом особливостей володіють і немагнітні властивості матеріалів. У нікелю в міру наближення до точки Кюрі спостерігаються зростання теплоємності і подальший різкий спад її в цій точці. На рис. 7.8 показана крива коефіцієнтарозширення нікелю, також має аномалію в точці переходу. Криві теплоємності і коефіцієнта розширення зняті в розмагніченість стані, але практично не змінюються, якщо феромагнетик намагнічений до насичення.

Тріплетное стан відповідаєферомагнітного стану молекули водню, а синглетний - антиферомагнітного. Яке з цих станів буде реалізовано, залежить від знака обмінного інтеграла.

Магнітні властивості речовини у феромагнітному стані вона не описує зовсім, алетемпературну залежність магнітної сприйнятливості феромагнетиків, що перебувають у парамагнітному стані, описує, як виявляється, непогано.

Прикладом може служити перехід з феромагнітного стану в парамагнітний.

Деякі властивостіферомагнітних матеріалів, а - залежність намагніченості насичення, віднесеної до намагніченості насичення при абсолютному нулі, від приведеної температури. б-залежність зворотної величини магнітної сприйнятливості від температури (закон Кюрі-Вейс - са. Показановідхилення від прямолінійної залежності поблизу Тс, в - теплоємність заліза як функція температури. В той же час в феромагнітному стані 4s - 30iia не заповнена, так як деякі з s - електронів переходять у Зе. Докази такого розподілу електронівгрунтуються на розрахунках зонної структури та величинах намагніченості насичення, які пропорційні числу неспарених електронів.

Кюрі відкрив також фазовий перехід з феромагнітного стану в парамагнітний.

На рис. 4.23 представлений простий випадокферомагнітного стану: магнітні моменти невпорядковано розташовані в просторі, але всі вони збудовані взаємно паралельно.

Простий аморфний феромагнетик. На рис. 5.1 показаний найбільш простий випадок феромагнітного стану: магнітні атоминевпорядковано розташовані в просторі, але всі магнітні моменти шикуються взаємно паралельно.

Перш ніж перейти до розгляду різних видів енергії феромагнітного стану, розглянемо докладніше магнітні характеристики.

Фазовим переходомдругого роду є перехід речовини з феромагнітного стану в парамагнітний (а-залізо в р-залізо) в точці Кюрі. Це явище було виявлено експериментально при температурі близько 679 С; воно супроводжується докорінною зміною структури металу.

Для Ка112 -ліній міді при переході від феромагнітного стану сплапа до парамагнітних спостерігається зміна напрямку асиметрії.

Це означає, що стан, відповідне М (феромагнітне стан), буде нестійким.

Крива охолодження заліза. Точка Кюрі - цетемпература, відповідна переходу з феромагнітного стану в парамагнітний.

Таким чином, температура Кюрі являє собою температуру переходу з феромагнітного стану в парамагнітний або навпаки. Фізично це слід трактувати наступнимчином: при температурі Кюрі тепловий рух атомів стає настільки інтенсивним, що компенсує ориентирующее дію внутрішнього поля Вейсса.

При нагріванні феромагнітного матеріалу до температури Кюрі відбувається перехід з феромагнітногостану в парамагнітний. При охолодженні феромагнітне стан відновлюється. Якщо поблизу поверхні існувало зовнішнє магнітне поле, то напрям намагніченості визначається напрямком цього поля.

Таким чином, температура Кюрі являєсобою температуру переходу з феромагнітного стану в парамагнітний або навпаки. Фізично це слід трактувати наступним чином: при температурі Кюрі тепловий рух атомів стає настільки інтенсивним, що компенсує ориентирующее діювнутрішнього поля Вейсса.

Лінія OS - верхня межа області співіснування фериту (в феромагнітному стані) і аустеніту; при охолодженні ця лінія відповідає температурам у - перетворення з утворенням феромагнітного фериту.

З досвіду відомо, щодля речовини, що знаходиться в феромагнітному стані, характерна наявність спонтанного намагнічення. Це означає, що макроскопічний кристал феромагнетика розбивається на ряд областей (доменів), кожна з яких володіє магнітним моментом при відсутностізовнішнього магнітного поля. Однак магнітні моменти цих областей в звичайних умовах (без зовнішнього поля) орієнтовані безладно, тому загальний магнітний момент макроскопічного феромагнітного кристала дорівнює нулю.

Лінія 05 - верхня межа областіспівіснування фериту (в феромагнітному стані) і аустеніту; при охолодженні ця лінія відповідає температурам 7 --- перетворення з утворенням феромагнітного фериту.

Таким чином, у порівнянні з парамагнетиків, кристал в феромагнітному станіволодіє додатковою характеристикою - вектором намагніченості. Величина цього вектора є фактично міра впорядкування атомних спінів, або, як кажуть, параметр порядку даного фазового переходу.

Лінія OS - верхня межа області співіснування фериту (вферомагнітному стані) і аустеніту; при охолодженні ця лінія відповідає температурам у - а - перетворений і я з утворенням феромагнітного фериту.

Згідно з даними цієї роботи при температурі нижче 20 К воно переходить у феромагнітне стан, вище - володієпаулевскім парамагнетизмом.

Якщо час вимірювання ГТ значно менше часу релаксації т, то частинка зберігає первісне феромагнітне стан. У протилежному випадку, якщо час вимірювання більше т, теплові флуктуації повністю разоріентіруютмагнітні моменти і частинка буде вести себе як суперпарамагнітная. Перехід з феромагнітного в суперпарамагнітное стан відбувається при деякій температурі блокування Т TB -, для якої г ГТ.

У 1907 р. була створена теорія, що стверджувала, що основнимхарактерною властивістю феромагнітного стану речовини є наявність у ньому мимовільної (спонтанної) намагніченості, не залежної від зовнішнього магнітного поля. Величина цієї мимовільної намагніченості залежить від температури; існує деякатемпература (точка Кюрі), вище якої речовина повністю втрачає свої феромагнітні властивості. Феромагнітне тіло при температурі нижче точки Кюрі слід уявляти собі як комплекс самостійних малих за розмірами областей, що володіють кожна своєюмимовільної намагніченістю.

Будучи штучно створені, вони неминуче перебудовуються, переходячи в стабільні се-гнетоелектріческое або феромагнітне стану. Однак існують умови, при виконанні яких такий перехід виявляється утрудненим, ацікавлять нас стани - достатньо довгоживучими. Саме тоді в макроскопічної середовищі і виникають компактні конфігурації поля і не залежні від відстані сили.

Цей випадок має місце, зокрема, для переходів з пара - в феромагнітне стан, депараметром порядку є вектор намагніченості кристала.

Термін феромагнетик вживається також в більш вузькому сенсі, коли треба провести різницю між різноманітними феромагнітними станами, які можуть існувати, якщо на-елементарну коміркудоводиться кілька магнітних іонів.

Образованна колоній евтектоід в одному зерні аустеніту (схема. При евтектоїдних перетворенні аустеніту збільшується питома обсяг, падає електроопір і сталь переходить з парамагнітного у феромагнітний стан. На дослідженні змін цих фізичних властивостей засновані відповідно дилатометрічні, електричний і магнітний методи визначення часу початку і кінця перетворення.

Інший випадок представлений на рис. 4.24. Тут магнітні моменти прагнуть зменшити один одного, при цьому феромагнітне стан абсолютно не насичений. Але так як кут між магнітними моментами не дорівнює 180 виникає можливість для появи спонтанного намагнічення. В аморфному стані, оскільки є локальні відмінності атомних конфігурацій, величина магнітної анізотропії і її напрямок також повинні локально розрізнятися.

При охолодженні до - 120 С спостерігається оборотне збільшення магнітної індукції, що відповідає переходу аустеніту в феромагнітне стан. І лише нижче - 120 С відбувається необоротна зміна намагніченості ( див. рис. 4.9 перегин на кривій 1), пов'язане з утворенням атермічні мартенситу.

Друга їх особливість полягає в тому, що вище певної температури, званої точкою Кюрі 6 феромагнітне стан переходить в парамагнітний.

Друга їх особливість полягає в тому, що вище певної температури, званої точкою Кюрі в, феромагнітне стан переходить в парамагнітний.

Друга їх особливість полягає в тому, що вище певної температури, званої точкою Кюрі 6 феромагнітне стан переходить в парамагнітний.

Інший випадок представлений на рис . 5.2. Тут магнітні моменти прагнуть взаємно зменшити один одного, при цьому феромагнітне стан абсолютно не насичений. Однак, оскільки кут між магнітними моментами не дорівнює 180 С, виникає можливість для появи спонтанного намагнічення. Припускають, що подібне магнітне стан виникає, коли поряд з відносно слабким обмінною взаємодією існує локальна магнітна анізотропія, внаслідок якої виникає невпорядкованість в розташуванні магнітних моментів атомів. Наприклад, у з'єднанняхPЗМ магнітна анізотропія виникає за рахунок того, що через сильні нормальних3 спінових взаємодій магнітні моменти іонів відхиляються в різні боки. В аморфному стані, оскільки є локальні відмінності атомних конфігурацій, величина магнітної анізотропії і її напрямок також повинні локально розрізнятися.