Erinevus lehekülje "Ferromagnetism" redaktsioonide vahel

P
resümee puudub
P (magneetiline > magnetiline)
P
 
==Ajalugu ja eristus ferrimagnetismist==
Ajalooliselt nimetati ''ferromagnetiks'' iga materjali, millel oli omadus iseeneslikult magneetuda: summaarne magnetmoment välise magnetvälja puudumisel. See üldine definitsioon on siiamaani tavakasutuses. Viimasel ajal on kindlaks tehtud eri klassi iseeneslikku magnetiseerumist juhul, kui esineb rohkem kui üks magnetiline ioon elementaarraku kohta materjalis. Sellest tuleneb "ferromagnetismi" rangem definitsioon, mida kasutatakse ferrimagnetismist eristamiseks. Materjal on "ferromagneetik" täpsemas mõttes ainult, kui ''kõik'' magnetilised ioonid annavad positiivse panuse summaarsesse magnetiseerumisse. Kui osad magnetilised ioonid ''vähendavad'' summarsetsummaarset magnetiseerumist (kui nad on osaliselt ''vastupidiselt'' suunatud), siis on materjal ''ferrimagneetik''.<ref>{{cite journal|last=Herrera|first=J. M.|coauthors=Bachschmidt, A, Villain, F, Bleuzen, A, Marvaud, V, Wernsdorfer, W, Verdaguer, M|title=Mixed valency and magnetism in cyanometallates and Prussian blue analogues|journal=Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences|date=13. jaanuar 2008|volume=366|issue=1862|pages=127–138|doi=10.1098/rsta.2007.2145}}</ref> Kui joondunud ja vastupidiselt joondunud ioonide momendid on täielikus tasakaalus, nii et summaarne magnetiseerumus oleks null olenemata magnetilisest korrastatusest, siis on aine [[antiferromagnetism|antiferromagneetik]]. Need joondumise efektid toimuvad ainult allpool teatud kriitilist [[temperatuur]]i, mida kutsutakse [[Curie punkt|Curie temperatuuriks]] (ferromagneetikute ja ferrimagneetikute puhul) või [[Neeli temperatuur]]iks (antiferromagneetikute puhul).
 
Ferromagnetismi uuringute aluseks on [[Aleksandr Stoletov]]i mõõtmised ferromagneetikute [[Magnetiline läbitavus|magnetilisest läbitavusest]], tuntud kui [[Stoletovi kõver]].
[[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> paramagnetiline ja kuubiline. Jahutades alla Curie temperatuuri omastab rombilise moonutuse, kus nurk muutub 60°-st (kuubilises faasis) 60,53°-ks. Moonutust saab alternatiivselt kirjeldada, kui arvestame kolmnurkse telje pikkust (pärast moonutuse algust) c ja c tasandiga risti olevat kaugust a. Kuubilises faasis taandub <math>\scriptstyle\frac{c}{a}</math> = 1.00. Curie temperatuurist allpool
:<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 samasugustsamasuguse kristallvõre muutustmuutuse allpool T<sub>C</sub> = 32&nbsp;K, kus pinge on (43&nbsp;±&nbsp;5) × 10<sup>−4</sup>.<ref name=Mueller/> NpCo<sub>2</sub> on ferrimagneetik allpool 15&nbsp;K.
 
===Gaasiline liitium===
2009. aastal demonstreerisid MIT-i ([[Massachusettsi Tehnoloogiainstituut]]) füüsikud, et alla ühe kelvini jahutatud gaasiline [[liitium]] on ferromagneetik.<ref>{{cite journal |author=G-B Jo, Y-R Lee, J-H Choi, C. A. Christensen, T. H. Kim, J. H. Thywissen, D. E. Pritchard, and W. Ketterle |title=Itinerant Ferromagnetism in a Fermi Gas of Ultracold Atoms |journal= Science |year=2009 |volume=325 |pages=1521–1524 |doi=10.1126/science.1177112 |pmid=19762638 |issue=5947 |bibcode = 2009Sci...325.1521J }}</ref> Meeskond jahutas [[Fermionid|fermionilise]] liitium-6 alla 150 miljardiku kelvinist absoluutsest nullist kõrgemale, kasutades infrapuna laserjahutust. Katses demonstreeriti esimest korda gaasi, mis on ferromagneetik.
 
==Seletus==
 
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 paralleelsete spinnidega elektronide puhul elektriline laeng rohkem laiali jaotatud, kui vastasuunalistevastassuunaliste spinnidega elektronide puhul. See vähendab paralleelsete spinnidega elektronide elektrostaatilist energiat võrreldes mitteparalleelsete spinnidega elektronidega, tänu sellele paralleelsete spinnidega elektronid on stabiilsemad. Teisisõnu tõukuvad elektronid saavad liikuda teinetesisest "kaugemale" kui nad joondavad spinnid samas suunas, seetõttu nende elektronide spinnid joonduvad ühes suunas. Erinevust energias nimetatakse vahetusenergiaks.
 
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 magnetilistes tahkistes, [[antiferromagnetism]]is ja ferrimagnetismis.
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 väikse mõjualaga jõud, seega üle pikemate, mitme aatomiliste vahemaade, hakkab mõjuma dipool-dipool vastasmõju, mis vähendab energiat joondudes vastupidises suunas. Ferromagnetilise materjali ühes osas paralleelselt joondunud dipoolid tekitavad tugeva magnetvälja, mis ulatub ruumi nende ümber. See väli omab suurt magnetostaatilist energiat. Materjal saab vähendada seda energiat jaotudes paljudeks eri suundadesse joondunud domeenidesse. Tänu sellele tekivad lokaalsed magnetväljad materjalis, mis vähendavad summarsetsummaarset magnetvälja. Domeene eraldavad peenikesed domeeniseinad, mis on mõne molekuli paksused ja kus dipoolide magneetumus pöördub sujuvalt ühe domeeni suunast teise.
 
Sellepärast madalaimas energeetilises olekus omab ("mitte-magneetunudmittemagneetunud") 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 ümbrusesseümbrusse, materjal muutus püsimagnetiks. Domeenid ei lähe algolekusse tagasi välise välja eemaldamisel, kuna domeenide seinad kinnistuvad kristallvõre defektidesse, säilitades paralleelse suuna. Seda näitab [[Barkhauseni efekt]]: magnetiseerivat välja muutes magneetumus muutub paljude väikeste hüpetena, domeeni seinad mööduvad järsult defektidest.
 
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]], misjärel süsteem ei suuda hoida iseeneslikku magneetumust, kuid reageerib paramagnetiliselt välisele väljale. Allapoole Curie punkti toimub iseeneslik sümmeetria lagunemine ja magnetmomendid joonduvad naabrite omadega. Curie punkt on [[kriitiline punkt]], kus magnetiline vastuvõtlikkus on teoreetiliselt lõpmatu ja kuigi pole summaarset magneetumust, siis domeeni-sarnaseddomeenisarnased spinnide korrelatsioonid esinevad kõigis suurusjärkudes.
 
== Viited ==
107 802

muudatust