25. Диамагнетики и парамагнетики.

Еще в 1778 г. малоизвестный ученый Антон Бругманс положил кусочек металла висмута в маленький бумажный кораблик, поставил его на воду и поднес к нему магнит. И вопреки здравому смыслу того времени кораблик стал уплывать от магнита. Этот результат был так необычен, что ученые не стали даже проверять его, а просто не поверили Бругмансу. Слишком велик был авторитет «гения магнетизма всех времен» - Гильберта, утверждавшего, что не может быть тел, отталкивающихся от магнита.

Мнение, что только три металла – железо, никель и кобальт притягиваются к магниту, а все остальные вещества безразличны к нему, господствовало в науке вплоть до 1845 г. Потому что именно в этом году великий английский ученый Майкл Фарадей (1791—1867) установил, что нет в природе веществ, полностью безразличных к магниту. Фарадей верил, что природные силы едины и магнитные свойства присущи всем существующим в природе веществам.

Чтобы выявить даже ничтожную способность тел притягиваться или отталкиваться магнитом, Фарадей подвешивал эти тела на тонкой длинной нити между полюсами мощного электромагнита. Чем длиннее была нить, тем меньше требовалось силы, чтобы отклонить – притянуть или оттолкнуть – тело. (Каким бы тяжелым ни был груз, хоть в сотни тонн, если он подвешен на длинном канате, рабочие-монтажники легко отклоняют его руками, точно нацеливая на место приземления.)

Таким методом Фарадей проверил тысячи веществ и убедился, что абсолютно все исследуемые тела различным образом, в разной мере, но реагируют на магнитное поле.

 Несколько металлов и сплавов – ферромагнетики – сильно притягиваются магнитом.

Большее количество веществ, которые Фарадей назвал парамагнетиками, притягиваются, а огромное количество веществ – все остальные вещества, кроме ферромагнетиков и парамагнетиков, – отталкиваются магнитом. Их Фарадей назвал диамагнетиками.

26. Ферромагнетики и антиферромагнетики. Спиновые волны (магноны).

1. Спиновые волны

Концепция магнона была введена в 1930 г. Феликсом Блохом для количественного объяснения феномена уменьшения спонтанной намагниченности в ферромагнетиках. При температуре абсолютного нуля ферромагнетик достигает состояния наименьшей энергии, в котором атомные спины (а также и магнитные моменты) выстраиваются в одном направлении. По мере повышения температуры спины начинают отклоняться от общего направления, тем самым увеличивая внутреннюю энергию и уменьшая полную намагниченность. Если представить идеально намагниченный ферромагнетик как вакуумное состояние, то состояние при низких температурах, в котором идеальный порядок нарушен небольшим количеством перевёрнутых спинов, можно представить как газ из квазичастиц — магнонов. Каждый магнон уменьшает количество правильно выстроенных спинов на и полный магнитный момент вдоль оси квантования — на , где — это гиромагнитное отношение.

Квантовая теория спиновых волн (магнонов) была разработана Тэдом Хольстеном, Генри Примаковым (1940) и Фрименом Дайсоном (1956). Используя модель вторичного квантования, они показали, что магноны ведут себя как слабо взаимодействующие квазичастицы, подчиняющиеся законам Бозе — Эйнштейна.

Непосредственное доказательство существования магнонов было найдено в 1957 Бертрамом Брокхаузом, который продемонстрировал неупругое рассеивание нейтронов на магнонах в ферритах.

Спиновые волны – возбуждения, характерные для магнитоупорядоченных сред – ферромагнетиков, антиферромагнетиков, ферримагнетиков, ферми-жидкости (в магнитном поле), в которых нарушение магнитного порядка не локализуется, а распространяется в виде волны. Спиновые волны являются элементарным (простейшим) движением магнитных моментов в магнетиках.

2. Ферромагнетики и антиферромагнетики.

Ферромагнетики это вещества, в которых собственное магнитное поле может намного превышать вызвавшее его внешнее магнитное поле. Например, для железа это превышение может составлять 5∙103.

К ферромагнетикам кроме железа относятся никель, кобальт, гадолиний, ряд сплавов, а также некоторые металлические стекла.

Ферромагнетики обладают следующими отличительными свойствами:

– нелинейная зависимость намагниченности от напряженности магнитного поля. В переменном поле эта зависимость имеет вид замкнутой кривой (петли гистерезиса);

– большое значение магнитной проницаемости μ (для супермаллоя μ=8∙105) и ее сложная зависимость от напряженности магнитного поля;

– наличие остаточной намагниченности;

– наличие температуры Кюри, при которой исчезают ферромагнитные свойства;

– изменение линейных размеров и объема при намагничивании (магнитострикция).

2.антиферромагнетки

Антиферромагнетик — вещество, в котором установился антиферромагнитный порядок магнитных моментов атомов или ионов.

Антиферромагнетиками являются оксид марганца (MnO), сульфид марганца (MnS), хромит никеля (NiCr), оксид хрома ( ), оксид ванадия ( ) и еще довольно большое число других соединений.