Erinevus lehekülje "Ferromagnetism" redaktsioonide vahel

P
Koondasin skripti abil viited
P
P (Koondasin skripti abil viited)
{{keeletoimeta}}
[[Pilt:MagnetEZ.jpg|pisi|[[Alnico]] raudsulamist tehtud magnet. Ferromagnetism on füüsikaline teooria, mis seletab, kuidas materjalid muutuvad magnetiteks.]]
'''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 name=118}}<"Rjtab" /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 ferromagneetiku vaheline tõmme on "magnetismi esimene ilmne omadus antiikmaailmale ja meile tänapäeval".<ref name="bozorth">Richard M. Bozorth, ''Ferromagnetism'', first published 1951, reprinted 1993 by [[IEEE]] Press, New York as a "Classic Reissue." ISBN 0-7803-1032-2.</ref>
 
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]].
 
==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'' summaarset magnetiseerumist (kui nad on osaliselt ''vastupidiselt'' suunatud), siis on materjal ''ferrimagneetik''.<ref>{{cite journal|lastname=Herrera|first=J."4Jy9N" 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]].
==Ferromagnetilised materjalid==
{| class="wikitable" style="float:right;margin:0 0 1em 1em;"
|+ style="font-size: 80%"|Mõnede kristalliliste ferromagneetikutest (*&nbsp;=&nbsp;ferrimagneetik) materjalide Curie temperatuurid <ref>{{cite book|lastname=Kittel|first=Charles|author-link=Charles"X7pN7" Kittel|title=Introduction to Solid State Physics|edition=sixth|publisher=[[John Wiley and Sons]]|year=1986|isbn=0-471-87474-4}}</ref>
|-
! Materjal
 
===Aktinoididest ferromagneetikud===
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&nbsp;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&nbsp;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 [[Magnetiline domeen|magnetilistes domeenides]] [[Magnetiline moment|magnetilised momendid]] joonduvad paralleelselt.
 
[[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 samasuguse kristallvõre muutuse 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 ([[Massachusettsi Tehnoloogiainstituut]]) füüsikud, et alla ühe kelvini jahutatud gaasiline [[liitium]] on ferromagneetik.<ref>{{cite journal |authorname=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"kIRXN" }}</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==
 
[[Bohr-van Leeuweni teoreem]] näitab, et magnetism ei saa esineda puhtalt klassikalistes tahkistes. Ilma [[kvantmehaanika]]ta poleks diamagnetismi, paramagnetismi ega ferromagnetismi. Ferromagnetismi omadused tulenevad otseselt kahest kvantmehaanika efektist: [[spinn]]ist ja [[Pauli printsiip|Pauli printsiibist]].<ref>{{cite bookname="gSQhs" />
|last = Feynman
|first = Richard P.
|coauthors = Robert Leighton, Matthew Sands
|title = The Feynman Lectures on Physics, Vol.2
|publisher = Addison-Wesley
|year = 1963
|location = USA
|pages = Ch. 37|isbn = 0-201-02011-4H}}</ref>
 
===Magnetismi päritolu===
Kuigi vahetuse vastasmõju joondab spinnid, siis ta ei joonda neid kindlas suunas. Ilma magnetilise [[Anisotroopia|anisotroopsuseta]] spinnid magnetis muudavad soojusliikumise tõttu suvaliselt suunda ja magnet on superparamagnetiline.
 
On mitut tüüpi magnetilist anisotroopsust, kõige tavalisem on magneetokristalliline anisotroopsus. See on energia sõltuvus magnetisatsiooni suunast [[Kristallstruktuur|kristallvõre suhtes]]. Teine tavaline anisotroopia põhjus on piesomagnetism, mida põhjustab sisemine [[Deformatsioon|pinge]]. Ühe-domeensetel magnetitel võib ka olla ''kuju anisotroopia'', mida põhjustavad osakese kuju magnetostaatilised efektid. Temperatuuri tõustes magneti anisotroopia väheneb ja tihti esineb üleminekutemperatuur, kus magnet muutub superparamagneetikuks.<ref name="Aharoni>{{cite" book|last = Aharoni|first = Amikam|author-link=Amikam Aharoni|title=Introduction to the Theory of Ferromagnetism|publisher=[[Clarendon Press]]|year = 1996|isbn=0-19-851791-2|url=http://www.oup.com/us/catalog/general/subject/Physics/ElectricityMagnetism/?view=usa&ci=9780198508090}}</ref>
 
===Magnetilised domeenid===
[[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. Rohelised ja punased triibud mikrokristallide terade sees on domeenid. Punaste domeenide magnetväli on vastupidine roheliste domeenide magnetväljast.]]
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
| first = Richard P.
| authorlink =
| coauthors = Robert B. Leighton, Matthew Sands
| title = The Feynman Lectures on Physics, Vol. I
| publisher = California Inst. of Technology
| date = 1963
| location = USA
| pages = 37.5–37.6
| url = http://books.google.com/books?id=bDF-uoUmttUC&pg=SA4-PA4&dq=%22inclined+plane%22++%22conservation+of+energy%22&hl=en&sa=X&ei=gQtdT6iLCanSiAK22tCsCw&ved=0CGwQ6AEwBg#v=onepage&q=%22inclined%20plane%22%20%20%22conservation%20of%20energy%22&f=false
| doi =
| id =
| isbn = 0-201-02117-XP}}</ref>
 
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.
 
== Viited ==
{{viited|1=2|allikad=
{{Viited|2}}
<ref name="bozorth">Richard M. Bozorth, ''Ferromagnetism'', first published 1951, reprinted 1993 by [[IEEE]] Press, New York as a "Classic Reissue." ISBN 0-7803-1032-2.</ref>
<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>
<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>
<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>
<ref name="Aharoni">{{cite book|last = Aharoni|first = Amikam|author-link=Amikam Aharoni|title=Introduction to the Theory of Ferromagnetism|publisher=[[Clarendon Press]]|year = 1996|isbn=0-19-851791-2|url=http://www.oup.com/us/catalog/general/subject/Physics/ElectricityMagnetism/?view=usa&ci=9780198508090}}</ref>
<ref name="Feynman">{{cite book | last = Feynman | first = Richard P. | authorlink = | coauthors = Robert B. Leighton, Matthew Sands | title = The Feynman Lectures on Physics, Vol. I | publisher = California Inst. of Technology | date = 1963 | location = USA | pages = 37.5–37.6 | url = http://books.google.com/books?id=bDF-uoUmttUC&pg=SA4-PA4&dq=%22inclined+plane%22++%22conservation+of+energy%22&hl=en&sa=X&ei=gQtdT6iLCanSiAK22tCsCw&ved=0CGwQ6AEwBg#v=onepage&q=%22inclined%20plane%22%20%20%22conservation%20of%20energy%22&f=false | doi = | id = | isbn = 0-201-02117-XP}}</ref>
<ref name="Rjtab">{{harvnb|Chikazumi|2009|p=118}}</ref>
<ref name="4Jy9N">{{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>
<ref name="X7pN7">{{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>
<ref name="kIRXN">{{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>
<ref name="gSQhs">{{cite book |last = Feynman |first = Richard P. |coauthors = Robert Leighton, Matthew Sands |title = The Feynman Lectures on Physics, Vol.2 |publisher = Addison-Wesley |year = 1963 |location = USA |pages = Ch. 37|isbn = 0-201-02011-4H}}</ref>
}}
 
==Kirjandus==
75 787

muudatust