Curie punkt

(Ümber suunatud leheküljelt Curie temperatuur)

Füüsikas ja materjaliteaduses on Curie temperatuur või Curie punkt temperatuur, millest kõrgemal kaotab püsimagnet oma magnetilised omadused. Curie temperatuur on oma nime saanud Pierre Curie järgi, kes näitas esimesena, et magnetism kaob teatud temperatuuril.[1] Magnetvälja jõud on määratud magnetmomendi poolt. Eri materjalidel on erinev sisemiste magnetmomentide süsteem, mis kõik sõltuvad temperatuurist. Curie temperatuur on punkt, kus materjalisisesed magnetmomendid kaotavad summaarse eelisorienteerituse.

Püsimagnetism on põhjustatud ühtselt orienteeritud magnetmomentide poolt. Ferro- ja paramagnetismi puhul orienteeruvad materjalisisesed magnetmomendid välise magnetvälja mõjul. Curie temperatuuril muutuvad ühte suunda orienteeritud magnetmomendid ebakorrapäraselt orienteerituks. Magnetiline vastuvõtlikkus Curie temperatuurist kõrgemal on leitav Curie-Weissi seaduse kaudu, mis on tuletatud Curie seadusest. Curie-Weissi seadus kirjeldab ferromagnetilise materjali magnetilist vastuvõtlikkust Curie temperatuurist kõrgemal, paramagnetiliseks muutunud materjalis. See seadus väidab, et magnetiline vastuvõtlikkus on pöördvõrdeline absoluutse temperatuuriga ning arvestab Curie konstanti.

Suurus M on magnetmoment, χ on magnetiline vastuvõtlikkus, H on magnetväli vaakumis ja C on Curie konstant.

Eri materjalide Curie temperatuure[2][3][4]
Materjal Curie
temperatuur (K)
Raud (Fe) 1043
Koobalt (Co) 1400
Nikkel (Ni) 627
Gadoliinium (Gd) 292
Düsproosium (Dy) 88
Mangaanvismutiid (MnBi) 630
Mangaanantimoniid (MnSb) 587
Kroom(IV)oksiid (CrO2) 386
Mangaanarseniid (MnAs) 318
Euroopiumoksiid (EuO) 69
Raud(III)oksiid (Fe2O3) 948
Raud(II,III)oksiid (FeOFe2O3) 858
NiO–Fe2O3 858
CuO–Fe2O3 728
MgO–Fe2O3 713
MnO–Fe2O3 573
  • Magnetmomentide joondumine eri tüüpi materjalides

  • Ferromagnetism – magnetmomentide orientatsioon ferromagneetikus. Korrastatud, võrdväärse suurusega ja joondunud välise magnetvälja mõjuta

  • Paramagnetism – magnetmomentide orientatsioon paramagneetikus. Välise magnetvälja mõjuta on magnetmomendid kaootiliselt jaotunud, kuid joonduvad välise magnetvälja mõjul

  • Ferrimagnetism – magnetmomentide orientatsioon ferrimagneetikus. Välise magnetvälja mõjuta joondunud vastassuunaliselt, kuid kuna need koosnevad kahest eri ioonist, on nende magnetmomentide suurused erinevad

  • Antiferromagnetism – magnetmomentide orientatsioon antiferromagneetikus. Välise magnetvälja mõjuta on need joondunud, võrdväärselt, kuid vastassuunaliselt, mille tulemusena need kompenseerivad üksteist

Eri tüüpi materjalide käitumine Curie temperatuurist madalamal ja kõrgemal temperatuurilRedigeeri

Ferromagnetilised, paramagnetilised, ferrimagnetilised ja antiferromagnetilised struktuurid koosnevad sisemistest magnetmomentidest. Kui kõik elektronid struktuuris on paardunud, nullivad need momendid ennast vastupidiste spinnide tõttu. Seega ei magneetu need materjalid ka välise magnetvälja mõjul ning neil ei esine ka Curie temperatuuri.[5][6]

Paramagnetilised materjalidRedigeeri

Materjal on paramagnetiline Curie temperatuurist kõrgemal. Paramagnetilised materjalid ei ole tavaliselt magneetunud, kuid teevad seda välise magnetvälja mõjul. Väliste jõudude puudumisel paiknevad magnetmomendid suvaliselt ning pole joondunud. Magnetvälja ilmudes magnetmomendid aga joonduvad ajutiselt paralleelselt mõjuva jõuga;, aatomid joonduvad ning on sümmeetrilised. Ühte suunda magnetmomendid tekitavadki sel hetkel magnetvälja.[7][8] Paramagnetismi puhul on materjali reaktsioon välisele magnetväljale positiivne ning materjal on seega magnetiliselt vastuvõtlik.[5] Paramagnetite indutseeritud magnetväljad on aga väga nõrgad võrreldes ferromagnetite omadega.[9]

Ferromagnetilised materjalidRedigeeri

Materjalid on ferromagnetilised vaid allpool Curie temperatuuri ning on magneetunud ka ilma välise magnetvälja mõjuta. Allpool Curie temperatuuri on aatomid joondunud ja paralleelsed, sellest kõrgemal aga muutub materjal paramagnetiliseks, kuna aatomites kaob magnetmomentide korrastatus materjali faasiülemineku käigus.[9]

Ferrimagnetilised materjalidRedigeeri

Ferrimagnetilised materjalid on magneetunud ka ilma välise magnetväljata, kuid need koosnevad kahest eri ioonvõrest.[3] Ferrimagnetite puhul on ühe iooni magnetmomendid joondunud ühte suunda ning teisel teise. Nende vastassuunaliste magnetmomentide väärtused pole aga võrdväärsed ning seega esineb siiski spontaanne magnetism ja magnetväli.[3] Curie punktist kõrgemal temperatuuril muutuvad ferrimagneetikud paramagneetikuteks, kuna aatomid kaotavad faasiüleminekute tulemusena enda joondunud magnetmomendid.

Antiferromagnetilised materjalidRedigeeri

Materjalid on antiferromagneetikud vaid allpool Néeli temperatuuri. Sarnaselt Curie temperatuuriga muutuvad ained Néeli temperatuuri ületades magnetmomentide orientatsiooni muutuste tagajärjel paramagnetilisteks. Allpool seda on aga materjali magnetmomendid joondunud vastassuundadesse, mille tulemusena on nende summaarne magnetmoment null. Antiferromagneetikud reageerivad väliselt rakendatavale magnetväljale sarnaselt paramagneetikutega. Saavutatava magnetilise vastuvõtlikkuse väärtus on väike ja positiivne. Néeli temperatuuri väärtus on enamasti toatemperatuurist palju madalamal (ning 1 ja 2 antiferromagnetismi artiklist).[3]

Materjali Curie temperatuuri muutmineRedigeeri

KomposiitmaterjalidRedigeeri

Komposiitmaterjalide (ehk kahest või enamast eri omadustega materjalist koosnev materjal) puhul võib muutuda ka materjali Curie temperatuur. Sõltuvalt materjalide magnetmomentide orientatsioonist võib see tõusta või langeda. Kui materjalide magnetmomendid on samasuunalised, siis Curie punkt tõuseb, kui aga vastassuunalised, siis langeb.[10] Ka materjalide dopeerimisel võib nende Curie punkt muutuda.[11]

Osakeste suurusRedigeeri

Osakeste suurus materjali kristallvõres muudab Curie temperatuuri. Osakeste väikeste mõõtmete tõttu muutuvad elektronspinnide kõikumised olulisemaks. Taoliste kõikumiste tõttu võib trastiliselt muutuda ka Curie punkti väärtus. Osakeste suurusest sõltub ka magnetmomentide orientatsiooni stabiilsus.[12][13] Nanoosakeste puhul sõltub Curie temperatuur ka kristallvõrest. Mida tihedamalt on osakesed võres pakitud, seda lähemal on üksteisele magnetmomendid ning seeläbi tõuseb ka Curie punkt.[12]

RõhkRedigeeri

Rõhk muudab materjali Curie temperatuuri. Tõstes rõhku väheneb süsteemi kristallvõre ruumala. Rõhk avaldab otsest mõju osakeste kineetilisele energiale võrevõnkumistes. Osakeste häiritud liikumine põhjustab vibratsioone, mis häirivad magnetmomentide orienteeritust. Seeläbi sarnaneb rõhu tõstmine temperatuuri tõstmisega, mille tagajärjel samuti kasvab osakeste kineetiline energia, mis häirib magnetmomentide orienteeritust.[14]

RakendusedRedigeeri

Termiliselt esile kutsutud ferromagneetiku-paramagneetiku üleminekut kasutatakse näiteks magnetoptiliste salvestusmälude andmete kustutamiseks. Curie punkti kasutatakse ka teatud jootekolbide temperatuuri kontrollimisel – seni kuni kolvi ots on magneetunud, on sisse lülitatud ka kütteelemendi lüliti, Curie temperatuuri ületamisel aga kontaktid avanevad.[15]

Vaata kaRedigeeri

ViitedRedigeeri

  1. ↑ https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1903/pierre-curie-bio.html;"Pierre Curie – Biography";Nobel Media AB; vaadatud 27 jaanuar 2019
  2. ↑ Buschow, K. H. J. ;Encyclopedia of Materials: Science and Technology; Elsevier 2001 | isbn = 0-08-043152-6 |
  3. ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 Jullien, André; Guinier, Rémi; The Solid State from Superconductors to Superalloys; Oxford Univ. Press 1989 | isbn=0198555547 |
  4. ↑ Kittel, Charles; Introduction to Solid State Physics (6. trükk); John Wiley & Sons 1986 | isbn = 0-471-87474-4 |
  5. ↑ 5,0 5,1 Ibach, Harald; Lüth, Hans; Solid-State Physics: An Introduction to Principles of Materials Science; Springer 2009, Berlin|isbn=9783540938033|edition=4th
  6. ↑ Levy, Robert A.; Principles of Solid State Physics; Academic Press 1968|isbn=978-0124457508|
  7. ↑ Fan, H. Y.;Elements of Solid State Physics; Wiley-Interscience 1987|isbn=9780471859871|
  8. ↑ Dekker, Adrianus J.; Solid State Physics; Macmillan 1958|isbn= 9780333106235|
  9. ↑ 9,0 9,1 Cusack N.;The Electrical and Magnetic Properties of Solids; Longmans, Green 1958
  10. ↑ Hwang, Hae Jin; Nagai, Toru; Ohji,Tatsuki;Sando, Mutsuo; Toriyama, Motohiro; Niihara, Koichi; Curie temperature Anomaly in Lead Zirconate Titanate/Silver Composites; Journal of the American Ceramic Society, March 1998, volume 81, issue 3, pages709–12|doi=10.1111/j.1151-2916.1998.tb02394.x|
  11. ↑ Paulsen, J. A.; Lo, C. C. H.; Snyder, J. E.; Ring, A. P.; Jones, L. L.; Jiles, D. C.; Study of the Curie temperature of cobalt ferrite based composites for stress sensor applications; IEEE Transactions on Magnetics, volume 39, issue 5, pages 3316–18|doi=10.1109/TMAG.2003.816761|issn=0018-9464|bibcode=2003ITM....39.3316P
  12. ↑ 12,0 12,1 Bertoldi, Dalía S.; Bringa, Eduardo M.; Miranda, E. N.; Analytical solution of the mean field Ising model for finite systems; Journal of Physics: Condensed Matter, May 2012, volume 24, issue 22|doi=10.1088/0953-8984/24/22/226004 |url=http://iopscience.iop.org/0953-8984/24/22/226004
  13. ↑ López Domínguez, Victor; Hernàndez, Joan Manel; Tejada, Javier; Ziolo, Ronald F.; Colossal Reduction in Curie Temperature Due to Finite-Size Effects in CoFe2O4 Nanoparticles; Chemistry of Materials, volume 25, issue 1, pages 6–11 |doi=10.1021/cm301927z |
  14. ↑ Bose, S. K.; Kudrnovský, J.; Drchal, V.; Turek,I.; Pressure dependence of Curie temperature and resistivity in complex Heusler alloys; Physical Review B, volume 84, issue17 |doi=10.1103/PhysRevB.84.174422|
  15. ↑ http://www.thermaltronics.com/tmt-9000s.php%7C TMT-9000S Soldering and Rework Station; thermaltronics.com; vaadatud 21 January 2019

VälislingidRedigeeri

Pärit leheküljelt "https://et.wikipedia.org/w/index.php?title=Curie_punkt&oldid=5448295"