Ferromagnetyzm: Różnice pomiędzy wersjami
| [wersja przejrzana] | [wersja przejrzana] |
Usunięta treść Dodana treść
Niepotrzebne O za symbolem pierwiastka |
poprawa przek., WP:SK, drobne merytoryczne, źródła/przypisy, drobne redakcyjne, drobne techniczne, poprawa linków, wikizacja |
||
Linia 4:
{| class="wikitable" style="float: right; margin: 1em"
|-
!Materiał || Temp.<br />Curie (K)
|-
|[[Kobalt|Co]] || 1388
Linia 10:
|[[Żelazo|Fe]] || 1043
|-
|[[Magnetyt|
|-
|NiOFe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> || 858
Linia 28:
|[[Itr|Y]]<sub>3</sub>Fe<sub>5</sub>O<sub>12</sub> || 560
|-
|[[
|-
|[[Mangan|Mn]][[Arsen|As]] || 318
Linia 36:
|[[Dysproz|Dy]] || 88
|-
|[[
|-
|+ Temperatury Curie wybranych krystalicznych ferromagnetyków<ref>{{Cytuj książkę | nazwisko = Kittel | imię = Charles | autor link = Charles Kittel | tytuł = Introduction to Solid State Physics | wydanie = 8| wydawca = John Wiley and Sons | rok = 2005| isbn = 0-471-41526-X | język = en |strony=328|url=https://archive.org/stream/IntroductionToSolidStatePhysics/81060415-Introduction-to-Solid-State-Physics-8th-Edition-by-Charles-Kittel#page/n347/mode/2up|data dostępu=2018-02-28}}</ref>
|}
Materiały, które wykazują ferromagnetyzm, zwane są [[ferromagnetyk]]ami. Jest bardzo dużo ich krystalicznych przedstawicieli: [[żelazo]], [[kobalt]], [[nikiel]] oraz w niższych temperaturach również [[gadolin]], [[terb]], [[dysproz]], [[Holm (pierwiastek)|holm]] i [[erb]] wśród pierwiastków oraz wiele [[stop metali|stopów]] i [[Związek chemiczny|związków chemicznych]]. Tabela po prawej ukazuje ich reprezentatywną listę, wraz z [[temperatura Curie|punktami Curie]] – temperaturami, powyżej których tracą one właściwości ferromagnetyczne.
Niektóre [[stopy Heuslera]] (np. Cu<sub>2</sub>MnAl) są ferromagnetykami, pomimo tego, że powstają z nieferromagnetycznych atomów<ref name="Webster1969">{{cytuj
Można również wytworzyć [[ciało amorficzne|amorficzny]] (niekrystaliczny, bezpostaciowy) ferromagnetyczny stop metaliczny poprzez bardzo szybkie ochłodzenie płynnego stopu, co skutkuje niemal [[Izotropowość|izotropowymi]] własnościami magnetycznymi. W zależności od składu chemicznego i obróbki cieplnej [[ciało amorficzne|amorfiki]] mogą wykazywać bardzo niską [[Koercja magnetyczna|koercję magnetyczną]] (np. poniżej 1 A/m), wysoką względną przenikalność magnetyczną (do wartości 10<sup>6</sup>) oraz małą stratność właściwą z uwagi na niewielką grubość taśmy (co ogranicza [[prąd wirowy|prądy wirowe]]). Typowym takim materiałem jest stop metali przejściowych (zazwyczaj [[żelazo|Fe]], [[kobalt|Co]] czy [[nikiel|Ni]], 80%) z półmetalami ([[Bor|B]], [[Węgiel (pierwiastek)|C]], [[krzem|Si]], [[fosfor|P]]), obniżającymi temperaturę topnienia stopu i ułatwiającymi osiągnięcie fazy amorficznej.
Jednym z przykładów takiego amorficznego stopu jest komercyjny stop ''Vitrovac 6025'' (Co<sub>66</sub>Fe<sub>4</sub>Mo<sub>2</sub>B<sub>11
== Wyjaśnienie fizyczne ==
Linia 55:
W [[mechanika klasyczna|mechanice klasycznej]] ten układ odpowiada kulce, posiadającej ujemny ładunek elektryczny, krążącej wokół własnej osi (spin) oraz krążącej wokół jądra posiadającego dodatni ładunek elektryczny. Oba zjawiska podobnie jak kołowy przewodnik z prądem wytwarzają pole magnetyczne, ale elektron jako cząstka kwantowa posiada wyraźne różnice – spin może przyjmować tylko dwie wartości (umownie określane jako ''góra'' i ''dół''), podobnie jak [[orbitalny moment magnetyczny]], który również przyjmuje jedynie określone wartości.
W wielu materiałach (ściślej tych, których atomy posiadają zapełnione [[powłoka elektronowa|powłoki elektronowe]]) całkowity moment dipolowy wszystkich elektronów wynosi zero (tzw. ''[[sparowanie]]'' – taka sama liczba spinów ''góra'' i ''dół'' powoduje wzajemne znoszenie się ich momentów). Jedynie atomy z częściowo zapełnioną powłoką (niesparowanymi spinami) posiadają wypadkowy [[Magnetyczny moment dipolowy|moment magnetyczny]] różny od zera. Dipole te ustawiają się równolegle do linii zewnętrznego pola, ale z ustawienia tego wytrącane są przez drgania termiczne. W takich materiałach wytwarza się wewnętrzne pole magnetyczne skierowane zgodnie z zewnętrznym polem magnetycznym. Materiały te to [[paramagnetyzm|paramagnetyki]] (substancje o przeciwnych własnościach to [[diamagnetyzm|diamagnetyki]]).
Wśród [[paramagnetyzm|paramagnetyków]] są takie substancje, w których oddziaływania między atomami powodują ustawianie sąsiednich dipoli magnetycznych w tym samym kierunku, nawet bez zewnętrznego pola magnetycznego, co sprawia że wszystkie dipole magnetyczne ustawione są w tym samym kierunku. Materiały te (ferromagnetyki) posiadają pole magnetyczne pomimo braku zewnętrznego pola magnetycznego ([[spontaniczne namagnesowanie|namagnesowanie spontaniczne]]). Drgania cieplne sieci wytrącają atomy z ich uporządkowania, aż w pewnej temperaturze zwanej [[temperatura Curie|temperaturą Curie]] drgania sieci są tak duże, że oddziaływanie atomów nie jest w stanie utrzymać jednakowego ustawienia dipoli magnetycznych, materiał przestaje być ferromagnetykiem. Utrzymanie dużych obszarów jednakowego namagnesowania wytwarza pole magnetyczne w dużym obszarze co jest stanem o bardzo dużej energii, dlatego kryształ może zmienić namagnesowanie części swoich obszarów tak by pole magnetyczne na zewnątrz ciała było jak najmniejsze, tak zachowuje się większość ferromagnetyków. Obszary o jednakowym namagnesowaniu nazywamy domenami magnetycznymi. W zależności od materiału domeny te mogą łatwo (ferromagnetyki miękkie) lub trudno (ferromagnetyki twarde) zmieniać kierunek namagnesowania oraz granice domen.
Linia 68:
Nawiązując do klasycznej teorii [[oddziaływanie elektromagnetyczne|elektromagnetyzmu]], dwa pobliskie dipole magnetyczne powinny ustawiać się w przeciwległych, tzn. antyrównoległych kierunkach, analogicznie do dwóch swobodnych magnesów (co utworzyłoby materiał antyferromagnetyczny). Jednak w ferromagnetyku, gdzie między elektronami zachodzi oddziaływanie elektrostatyczne, stan układu może być bardziej stabilny i energetycznie korzystniejszy wówczas, gdy spinowe momenty magnetyczne elektronów ustawią się w tym samym kierunku (równolegle). Ich energia elektrostatyczna zostaje obniżona i jej różnica nazywana jest [[energia wymiany|energią wymiany]], a całe zjawisko – wymiennym oddziaływaniem wzajemnym. Takie grupy dipoli ukierunkowanych równolegle tworzą obszary spontanicznego namagnesowania, zwane '''domenami magnetycznymi''' (obszarami Weissa). Materia w domenie jest więc całkowicie namagnesowana w jednym kierunku, zwykle wzdłuż jednej z głównych osi krystalograficznych (w metalu).
Jednak w większej skali (po wielu tysiącach jonów) przewaga energii wymiany ustępuje na korzyść klasycznej tendencji dipoli do ustawiania się antyrównolegle. Wyjaśnia to, dlaczego nienamagnesowany ferromagnetyk nie posiada wypadkowego pola magnetycznego (bądź posiada niewielkie) – momenty magnetyczne wszystkich, bezładnie zorientowanych domen znoszą się, dając zerowy bądź zbliżony do zera wypadkowy [[Magnetyczny moment dipolowy|moment magnetyczny]] całego ciała.
Przejście pomiędzy dwiema domenami, gdzie magnetyzacja zmienia kierunek, nazywane jest granicą domenową (np. granica Blocha albo Néela, zależnie od tego, czy magnetyzacja zmienia się równolegle czy prostopadle do powierzchni domeny) i jest stopniowym przejściem w skali atomowej (obejmuje dystans ok. 300 jonów żelaza).
| |||