Úvodní stránka | Tato stránka v originále

Ferromagnetism

Ferromagnetism je jev který materiál může vystavit spontánní magnetizaci, a je jeden z nejsilnějších forem magnetismu. To je zodpovědné za většinu z magnetického chování narazeného v každodenním životě, a je východisko pro všechny trvalé magnety (stejně jako kovy, které jsou přitahovány k nim). Některé příklady ferromagnetic materiálů jsou železo, kobalt, nikla gadolinium.

Fyzický původ

Vlastnost ferromagnetism je způsobená přímým vlivem dvou efektů od kvantové mechaniky: se točit a Pauli princip vyloučení.

Rotace elektronu má magnetický dvojpól moment a vytvoří magnetické pole. (klasická analogie quantum-mechanická rotace je točící se míč poplatku, ale kvantová verze má výrazné rozdíly, takový jako skutečnost, že to má jednotlivý zvyšovat/srážet dolů státy, které nejsou popsané vektorem.) v mnoha materiálech (specificky ti s vyplnil elektronovou vrstvu), nicméně, elektrony vejdou do párů protější rotace, který zrušit jednoho jiný je momenty dvojpólu. Jediné atomy s nepárovými elektrony (částečně naplněné shelly) mohou zažít čistý magnetický moment od rotace. Ferromagnetic materiál má mnoho takových elektronů, a jestliže oni jsou zarovnáni oni vytvoří měřitelné macroscopic pole.

Rotace/dvojpóly inklinují ztotožnit se v podobnosti k vnějšímu magnetickému poli, účinek volal paramagnetism. (podobný účinek náležitý k okružnímu pohybu elektronů, který účinně tvoří mikroskopickou proudovou smyčku, která také má magnetický dvojpól moment, je nazýván diamagnetism.) Ferromagnetism zahrnuje další jev, nicméně: rotace inklinují k ztotožnit se spontánně, bez nějakého aplikovaného pole. Toto je čistě quantum-mechanický účinek.

Shodovat se k klasický elektromagnetismus, dva poblíž magnetické dvojpóly budou inklinovat ztotožnit se v protějších směrech (který by vytvořil antiferromagnetic materiál). V ferromagnet, nicméně, oni inklinují ztotožnit se v stejném směru protože Pauli principu: dva elektrony se stejnou rotací nemohou ležet u stejné pozice, a tak cítit efektivní další nechuť to sníží jejich elektrostatickou energii. Tento rozdíl v energii je nazýván energií výměny a přivozuje blízké elektrony ztotožnit se.

U velkých vzdáleností (po mnoha tisících iontů), výměnná energetická výhoda je předběhnuta klasickou tendencí dvojpólů k anti-ztotožnit se. Toto je proč, v equilibriated (non-magnetizovaný) ferromagnetic materiál, rotace v celém materiálu nejsou souosé. Poněkud, oni organizují do domén to být zarovnán (magnetizovaný) na krátký dostřel, ale u dlouhého rozmezí přilehlé domény jsou anti-se ztotožnil. Přechod mezi dvěma doménami, kde magnetizace vyletí, je nazýván Bloch zdí, a postupný přechod na atomové váze (pokryje vzdálenost asi 300 iontů pro železo).

Tak, obyčejný kus železa obecně má málo nebo žádný čistý magnetický moment. Nicméně, jestliže to je umístěno v silný dost vnějšího magnetického pole, domény budou re-určovat souběžně s tím pole a vůle zůstanou re-orientovaný když pole je vypnuto, tak vytvářet “neustálý” magnet. Tato magnetizace jako funkce vnějšího pole je popisována hysteresis křivka. Ačkoli tento stav souosých domén není minimální-konfigurace energie, to je extrémně stabilní a byl pozorován přetrvávat pro milióny roků v seafloor magnetite ztotožnil se zemským magnetickým polem (jehož tyče mohou proto být viděny házet u velkých přestávek). Magnetizace sítě může být zničena topením a pak chlazení (annealing) materiál bez vnějšího pole, nicméně.

Jako vzrůsty teploty, teplotní oscilace nebo entropie, soutěží s tendencí ferromagnetic pro rotace ztotožnit se. Když teplota stoupá za jistým bodem, volal Curie teplotu, tam je sekunda-objednat fázový přechod a systém mohou už ne udržovat spontánní magnetizaci, ačkoli to ještě odpoví paramagnetically k vnějšímu poli. Pod tou teplotou, tam je spontánní symetrické lámání a náhodné domény se tvoří (v nepřítomnosti vnějšího pole). Curie teplota sám je kritický bod, kde magnetická citlivost je teoreticky nekonečná a, ačkoli není tam žádná magnetizace sítě, doména-jako rotace korelace kolísají vůbec lengthscales.

Studie ferromagnetic fázových přechodů, obzvláště přes zjednodušený Ising točí modelem, měl důležitý dopad na vývoj statistické fyziky. Tam, to bylo nejprve jasně ukázané to zlý-polní teoretické přístupy nedokázaly předvídat správné chování u kritického bodu (který se nalézal k pádu pod třídou univerzálnosti to zahrnuje mnoho jiných systémů, takový jak kapalný-přechody plynu), a musel být nahrazený renormalization skupinovou teorií.

Odkazy