56) Классификация веществ по магнитным свойствам.
Диамагнетики — вещества, в которых в "чистом" виде проявляется диамагнитный эффект, являющийся результатом воздействия внешнего магнитного поля на молекулярные токи. Происходит небольшое изменение угловой скорости орбитального вращения электронов при внесении атома в магнитное поле. Магнитный момент, возникающий при этом эффекте, направлен навстречу внешнему полю.
km= -(10-6 – 10-7), μ <1
km – слабо изменяется от температуры (т.к. диамагнетизм обусловлен внутриатомными процессами, на которые тепловое движение частиц не оказывает влияния). Диамагнетизм присущ всем веществам, однако в большинстве случаев он маскируется другими типами магнитного состояния.
Примеры диамагнетиков: все вещества с ковалентной химической связью, щелочно-галоидные кристаллы, неорганические стекла, полупроводниковые соединения А3В5, А2В6, кремний, германий, бор и другие. Ряд металлов: медь, серебро, золото, цинк, ртуть, галлий и другие, водород, азот, вода и другие.
Парамагнетики – вещества, которые намагничиваются в направлении вектора магнитной индукции внешнего магнитного поля.
km= (10-6 – 10-3), μ >1
km – в большинстве случаев сильно зависит от температуры (т.к. тепловая энергия препятствует противодействует созданию магнитной упорядоченности).
При отсутствии внешнего магнитного поля атомы в парамагнетиках обладают магнитным моментом, но из-за теплового движения магнитные моменты распределены хаотично и намагниченность вещества J = 0.
Примеры парамагнетиков: щелочные и щелочно-земельные металлы, некоторые переходные металлы, соли железа, кобальта, никеля, редкоземельных металлов, кислород, окись азота. Al, Na, Mg, Ta, W, CaO, CoO и другие.
Ферромагнетики — магнитные моменты атомов расположены не беспорядочно, а в результате обменного взаимодействия ориентированы параллельно друг другу с образованием магнитных доменов.
km до 106, μ » 1.
km сильно зависят от Н внешнего магнитного поля и температуры. Ферромагнетики легко намагничиваются уже в слабых магнитных полях.
Примеры ферромагнетиков: железо, никель, кобальт, их соединения и сплавы, некоторые сплавы марганца, серебра, алюминия и др. При низких температурах некоторые редкоземельные элементы — гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий. Сплавы RCo5, где R редкоземельный элемент (Sm, Ceили Pr)
Антиферромагнетики — это материалы, атомы (ионы) которых обладают магнитным моментом, обусловленным некомпенсированными спиновыми магнитными моментами электронов. Но у антиферромагнетиков магнитные моменты атомов под действием обменного взаимодействия приобретают не параллельную ориентацию, как у ферромагнетиков, а антипараллельную, и полностью компенсируют друг друга поэтомуантиферромагнетики не обладают магнитным моментом.
km= (10-6 – 10-3), μ >1
Температура Нееля Тн, при (и выше) этой Т антиферромагнитный порядок разрушается и материал переходит в парамагнитное состояние.
Примеры антиферромагнетиков: хром, марганец, цезий, неодим, самарий и другие. Химические соединения на основе металлов переходной группы типа окислов, галогенидов, сульфидов, карбонатов и др.MnSe, FeCl2, FeF2, CuCl2, MnO, FeO, NiO.
Ферримагнетики имеют доменную структуру, состоящую из двух или более подрешеток, связанныхантиферромагнитно (антипараллельно). Подрешетки образованы атомами (ионами) различных химических элементов или неодинаковым их количеством в связи с чем они имеют различные по величине магнитные моменты, направленные антипараллельно и отличная от нуля разность магнитных моментов подрешеток приводит к спонтанному намагничиванию кристалла, поэтому ферримагнетики можно рассматривать как некомпенсированные антиферромагнетики.
km до 106, μ » 1.
При Т ≥ Тн материал переходит парамагнитное состояние.
К ферримагнетикам относятся некоторые упорядоченные металлические и различные оксидные соединения, наибольший интерес среди которых представляют ферриты MnO*Fe2O3, BaO*6Fe2O3, (NiO*ZnO)Fe2O3, Li2O*Fe2O3 и другие.
Ферро- и ферримагнетики относятся к сильномагнитным материалам, остальные группы к слабомагнитным веществам.
На рисунке 8.1 показаны направления магнитных моментов атомов в отсутствие внешнего магнитного поля при 0°К в веществах разной магнитной природы
Рис. 8.1. Ориентация магнитных моментов в веществах разной магнитной природы
Аморфные магнитные материалы. Магнитный порядок наблюдается и в некоторых химических соединениях в аморфном состоянии, в которых имеет место обменное взаимодействие (обмен энергией) между ближайшими соседними атомами. Металлические магнитомягкие аморфные сплавы состоят из одного или нескольких переходных металлов (Fe, Co, Ni), сплавленных со стеклообразователем — бором, углеродом, кремнием или фосфором.
Спиновые магнитные стекла. Это сильномагнитные вещества с ферромагнитным порядком, если магнитные свойства в них возникают в результате косвенных обменных взаимодействий через электроны проводимости и с антиферромагнитным порядком, если возбуждение происходит через промежуточные немагнитные атомы. Такими структурами могут быть также проводящие сплавы с малым содержанием переходных элементов.