Ferromagnetism: erinevus redaktsioonide vahel
Eemaldatud sisu Lisatud sisu
Resümee puudub |
P magneetiline > magnetiline |
||
1. rida:
:''Mitte segamini ajada [[Ferrimagnetism]]iga; ülevaateks vaata [[Magnetism]].''
{{keeletoimeta}}
[[Pilt:MagnetEZ.jpg|pisi|[[Alnico]] raudsulamist tehtud magnet.
'''Ferromagnetism''' on baasmehanism, millega teatud [[materjal]]id (näiteks [[raud]]) moodustavad [[püsimagnet]]eid või tõmbuvad [[magnet]]itega. [[Füüsika]]s eristatakse mitut erinevat tüüpi [[magnetism]]i. Ferromagnetism (koos [[ferrimagnetism]]iga) <ref>{{harvnb|Chikazumi|2009|p=118}}</ref> on kõige tugevamat tüüpi ja see on ainuke tüüp, mis tekitab küllalt tugevaid jõudusid, et neid tunda. Muud ained reageerivad nõrgalt [[paramagnetism]]i ja [[diamagnetism]]i poolt tekitatud magnetilistele väljadele. Nende väljade jõud on nii nõrgad, et neid saab kindlaks teha ainult tundliku aparatuuriga laboratooriumis.
Igapäevane näide ferromagnetismist on külmkapimagnet, mida kasutatakse märkmete hoidmiseks külmkapi uksel. Magneti ja
Püsimagnetid (materjalid, mida saab magnetiseerida välise [[Magnetväli|magnetvälja]] poolt ja mis püsivad magnetiseerunud pärast välise välja eemaldamist), on kas ferromagneetikud või ferrimagneetikud, nagu ka materjalid, mis nähtavalt nende poole tõmbuvad. Üksikud ained on ferromagneetikud. Neist tuntumad on raud, [[nikkel]], [[koobalt]] ja suurem osa nende sulameid, mõned haruldaste [[muldmetallid|muldmetallide]] ühendid ja mõned looduslikult esinevad mineraalid nagu magnetiseerunud [[magnetiit]].
11. rida:
==Ajalugu ja eristus ferrimagnetismist==
Ajalooliselt
Ferromagnetismi uuringute aluseks on [[Aleksandr Stoletov]]i mõõtmised ferromagneetikute [[Magnetiline läbitavus|magnetilisest läbitavusest]], tuntud kui [[Stoletovi kõver]].
==
{| class="wikitable" style="float:right;margin:0 0 1em 1em;"
|+ style="font-size: 80%"|Mõnede kristalliliste ferromagneetikutest (* = ferrimagneetik) materjalide Curie temperatuurid <ref>{{cite book|last=Kittel|first=Charles|author-link=Charles Kittel|title=Introduction to Solid State Physics|edition=sixth|publisher=[[John Wiley and Sons]]|year=1986|isbn=0-471-87474-4}}</ref>
74. rida:
|-
|}
Paremal olevas tabelis on valik
Amorfseid (mitte-kristallilisi)
Suhteliselt uus klass tugevaid ferromagneetikutest materjale on [[haruldased muldmetallid]]. Nad sisaldavad [[lantanoidid|lantanoide]], mis on tuntud oma võime poolest omada suurt magnetilist momenti hästi lokaliseeritud f-orbitaalil.
85. rida:
Teatud [[aktinoidid]]e ühendid on toatemperatuuril ferromagneetikud või muutuvad ferromagneetikuteks allpool Curie temperatuuri (T<sub>C</sub>). [[Plutoonium|Pu]][[Fosfor|P]] on üks selliseid aktinoidi ühendeid, mis on toatemperatuuril paramagneetik ja omab [[Kuubiline süngoonia|kuubilist sümmeetriat]], kuid jahutamisel alla T<sub>c</sub> = 125 K muutub kristallvõre [[tetragonaalne süngoonia|tetragonaalseks]]. PuP soositav telg on <100>,<ref name=Lander>{{cite journal |author=Lander GH, Lam DJ |title=Neutron diffraction study of PuP: The electronic ground state |journal=Phys Rev B. |year=1976 |volume=14 |issue=9 |pages=4064–7 |doi=10.1103/PhysRevB.14.4064|bibcode = 1976PhRvB..14.4064L }}</ref> seega
:<math>\frac{c}{a} - 1 = -(31 \pm 1) \times 10^{-4}</math>
5 K juures.<ref name=Mueller>{{cite journal |author=Mueller MH, Lander GH, Hoff HA, Knott HW, Reddy JF |title=Lattice distortions measured in actinide ferromagnets PuP, NpFe<sub>2</sub>, and NpNi<sub>2</sub> |journal= J Phys Colloque C4, supplement |month=Apr |year=1979 |volume=40 |issue=4 |pages=C4–68–C4–69 |url=http://hal.archives-ouvertes.fr/docs/00/21/88/17/PDF/ajp-jphyscol197940C421.pdf }}</ref> Kristallvõre muutus tuleneb nähtavasti magnetoelastilistest vastasmõjudest põhjustatud pingetest, kui [[
[[Neptuunium|Np]]Fe<sub>2</sub> soositav telg on <111>.<ref name=Aldred>{{cite journal |author=Aldred AT, Dunlap BD, Lam DJ, Lander GH, Mueller MH, Nowik I |title=Magnetic properties of neptunium Laves phases: NpMn<sub>2</sub>, NpFe<sub>2</sub>, NpCo<sub>2</sub>, and NpNi<sub>2</sub> |journal=Phys Rev B. |year=1975 |volume=11 |issue=1 |pages=530–44 |doi=10.1103/PhysRevB.11.530|bibcode = 1975PhRvB..11..530A }}</ref> Kui T<sub>C</sub> on üle ~500 K on NpFe<sub>2</sub>
:<math>\frac{c}{a} - 1 = -(120 \pm 5) \times 10^{-4}</math>
mis on suurim pinge aktinoidide ühendites.<ref name=Mueller/> NpNi<sub>2</sub> läbib samasugust kristallvõre muutust allpool T<sub>C</sub> = 32 K, kus pinge on (43 ± 5) × 10<sup>−4</sup>.<ref name=Mueller/> NpCo<sub>2</sub> on ferrimagneetik allpool 15 K.
96. rida:
==Seletus==
[[Bohr-van Leeuweni teoreem]] näitab, et magnetism ei saa esineda puhtalt klassikalistes tahkistes. Ilma [[kvantmehaanika]]ta
|last = Feynman
|first = Richard P.
109. rida:
[[Elektron]]i üks fundamentaalomadustest (peale laengu) on dipoolmomendi omamine, ta käitub kui väike magnet. Dipoolmoment tuleneb kvantmehaanilise spinni omamisest. Spinni kvantmehaaniline iseloom laseb elektronil olla kahes olekus, kus magnetväli saab olla kas "üles" või "alla". Aatomis olevate elektronide spinn on peamine põhjus ferromagnetismiks, lisaks omab mõju [[aatomituum|tuuma]] ümber tiirlevate elektronide [[orbiit|orbitaalide]] [[impulsimoment|impulsimomendid]]. Kui elektronide magnetdipoolid joonduvad samas suunas, siis nende magnetväljad annavad kokku mõõdetava makroskoopilise välja.
Täidetud [[elektronkiht|elektronkihiga]] materjalis elektronide summaarne dipoolmoment on null, sest spinnid on üles/alla paarides. Ainult osaliselt täidetud elektronkihtidega aatomid saavad omada summaarset magnetmomenti, seega ferromagnetism esineb ainult materjalides, millel on osaliselt täiedetud elektronkihid. [[Hundi reegel|Hundi reeglist]] lähtuvalt esimesed elektronid elektronkihis omavad samasuunalist spinni suurendades summaarset dipoolmomenti.
Paaritud dipoolid (mida tihti kutsutakse "spinnideks", kuigi neil on tavaliselt impulsimoment olemas) joonduvad tavaliselt
===Elektronide vahetuse vastasmõju===
Klassikalise [[elektromagnetism]]i järgi kaks lähestikust dipooli joonduvad vastupidistes suundades, selle tõttu magnetväljad on teineteise suhtes vastupidised ja tühistavad teineteist. See efekt on üksikute spinnide puhul väga nõrk, kuna üksikute spinnide tekitatud magnetväljad on nõrgad ja nendest põhjustatud liikumised on kergesti hävitatavad soojusliikumise poolt. Mõnedes materjalides on spinnide vahel olemas palju tugevam jõud, mis tuleneb spinni suuna muutumisel naaberelektronide vahelise [[Elektrostaatika|elektrostaatilise]] tõukumise muutusest, mida põhjustab [[Kvantmehaanika|kvantmehaaniline]] efekt nimega elektronide vahetuse vastasmõju. Vahetuse vastasmõju on palju tugevam kui dipool-dipool magnetiline vastasmõju väikestel vahemaadel. Selle tõttu ferromagneetikutes lähedased spinnid kipuvad joonduma samas suunas.
Vahetuse vastasmõju on seotud [[Pauli printsiip|Pauli printsiibiga]], mis ütleb, et kaks sama spinniga elektroni ei saa omada sama asukohta. Seetõttu teatud tingimustes, kui mittepaardunud [[valentselektron]]ide [[Aatomorbitaal|orbitaalid]] naaberaatomitel kattuvad, on
Materjale, kus vahetuse vastasmõju on palju tugevam, kui võistlev dipool-dipool vastasmõju, kutsutakse tihti "magnetmaterjalideks". Näiteks rauas (Fe) on vahetuse vastasmõju umbes 1000 korda tugevam kui dipool-dipool vastasmõju. Seega peaaegu kõik dipoolid ferromagneetikus on joondunud alla Curie temperatuuri. Vahetuse vastasmõju põhjustab iseeneslikke aatomite magnetmomentide korrastumisi ka
On erinevad vahetuse vastasmõju mehhanismid, mis tekitavad magnetismi erinevates
===
Kuigi vahetuse vastasmõju joondab spinnid, siis ta ei joonda neid kindlas suunas. Ilma
On mitut tüüpi
===Magnetilised domeenid===
[[Pilt:Electromagnetic dynamic magnetic domain motion of grain oriented electrical silicon steel.gif|thumb|Tera orienteeritud elektrilise terase dünaamiline magnetiliste domeenide
[[Pilt:Non Oriented Electrical Silicon Steel.png|thumb|Ilma orientatsioonita teralise terase domeenide orientatsioonid pildistatud magnetilis-optilise sensoriga ja polariseeriva mikroskoobiga.]]
[[Pilt:Magnetic domains of non oriented silicon or electrical steel.png|thumb|Mitte-orienteeritud elektrilise terase magnetilised domeenid (salvestatud CMOS-MagView-ga).]]
[[Pilt:Weiss-Bezirke1.png|thumb|Metalli pinna [[Kerr mikrograaf]], mis näitab magnetilisi domeene.
Eelneva põhjal võiks öelda, et kõik ferromagneetikud peaksid omama tugevat magnetvälja, kuna kõik spinnid on joondunud, kuid raud ja teised ferromagneetikud on tihti "mittemagneetunud" olekus. Selle põhjuseks on ferromagneetikust materjali jagunemine väikesteks "magnetilisteks domeenideks".<ref name="Feynman">{{cite book
| last = Feynman
148. rida:
Igas domeenis on spinnid joondunud, kuid kui ainehulk on madalamais energia olekus ehk ''mittemagneetunud'', siis eraldi domeenide spinnid on joondunud eri suundades ja nende magnetilised välja tühistavad teineteist ning esemel ei ole summaarset tugevat magnetvälja.
Ferromagneetikutest materjalid iseeneslikult jagunevad domeenideks kuna ''vahetuse vastasmõju'' on
Sellepärast madalaimas energeetilises olekus omab ("mitte-magneetunud") rauatükk väikest magnetvälja või ei oma seda üldse. Küllalt tugevas välises magnetväljas hakkavad domeenide seinad liikuma nii, et järjest rohkem dipoole oleks joondatud välise väljaga. Välise välja eemaldamisel jäävad domeenid joondunuks, tekitades oma magnetvälja materjali ümbrusesse, materjal muutus püsimagnetiks. Domeenid ei lähe algolekusse tagasi välise välja eemaldamisel, kuna domeenide seinad kinnistuvad kristallvõre defektidesse, säilitades
Magneetumust funktsioonina välisest väljast kirjeldab [[Hüsterees|hüstereesisilmus]]. Kuigi üheselt joondunud domeenid ferromagneetikus ei ole minimaalse energiaga olek, on see metastabiilne ja saab püsida pikka aega. Näiteks [[magnetiit]] mere põhjas, mis on säilitanud magneetumuse miljoneid aastaid.
===Curie punkt===
{{Vaata|Curie punkt}}
Temperatuuri tõustes hakkab soojusliikumine või [[entroopia]] võistlema dipoolide joondumisega ferromagneetikus. Kui temperatuur tõuseb üle Curie punkti, toimub teisejärguline [[faasisiire]],
== Viited ==
{{Viited|2}}
==
*{{cite book|last=Ashcroft|first=Neil W.|first2=N. David |last2=Mermin |title=Solid state physics|year=1977|publisher=Holt, Rinehart and Winston|location=New York|isbn=978-0-03-083993-1|edition=27. repr.}}
*{{cite book|last=Chikazumi|first=Sōshin|title=Physics of ferromagnetism|year=2009|publisher=Oxford University Press|location=Oxford|isbn=9780199564811|edition=2nd |others= English edition prepared with the assistance of C.D. Graham, Jr |ref=harv}}
| |||