§1 Феромагнетики

 

            Феромагнетиками називають тверді тіла, які можуть мати спонтанну намагніченість, тобто намагнічені вже у відсутності магнітного поля. У цьому відношенні вони аналогічні сегнетоелектрикам. Перехідні метали: залізо, кобальт, нікель та їх сплави.

 

1.      Характерною особливістю феромагнетиків є складна нелінійна залежність між   та  , або між   та   (уперше для Fe (заліза) увів А. Столєтов).

 

 

2.  Друга особливість феромагнетиків – магнітний гістерезис В(Н).

3. Для кожного феромагнетика існує певна ТТ_к, яка називається температурою Кюрі, при переході через яку у речовині феромагнетика відбувається фазовий перехід (другого роду). Нижче точки Кюрі магнетик зберігає феромагнітні властивості, вище цієї точки стає парамагнетиком.

 

Теорія: Між атомами (електронами і ядрами) діють не тільки кулонівські (дальнодіючі), але й обмінні (короткодіючі) сили. При певних умовах, що відносяться до електронної будови атомів, структури кристалічної гратки і т.п., обмінні сили намагаються встановити спіни електронів сусідніх атомів паралельно один одному, чим і пояснюється намагнічування феромагнетиків.

Феромагнетики нижче точки Кюрі розпадаються у магнітному відношенні на велику кількість надзвичайно малих, але макроскопічних областей, кожна з яких намагнічена (домени). Їх ні у якому випадку не слід порівнювати з невеликими кристаликами, із яких звичайно складаються феромагнітні тіла (полікристали).

У звичайних умовах напрямок магнітних моментів доменів хаотично розподілений у просторі, та що тіло в цілому макроскопічно не намагнічене. При включенні зовнішнього магнітного поля домени, орієнтовані по полю, зростають за рахунок доменів, орієнтований проти поля, тобто виникає зміщення границь доменів. Таке зміщення у слабих полях носитьоборотний характер. У більш сильних полях виникає переорієнтація магнітних моментів у межах всього тіла. Перемагнічування здобуває необоротний характер – з’являється гістерезис.

При наближенні до дочки Кюрі конкурентом спонтанної намагніченості є тепловий хаотичний рух атомів, який і руйнує “упорядкований магнітний стан” речовини, що характеризується спонтанною намагніченістю.

 

§2 Магнітні властивості атомів

 

            Бор доказав теорему: у стані термодинамічної рівноваги система електрично заряджених часток (електронів, атомних ядер і т.п.), поміщена у постійне магнітне поле, не змогла б мати магнітний момент, якщо б вона строго підпорядковувалася законам класичної фізики.

 

            Напівкласичне уявлення:

1. Орбітальний магнітний момент. Атом  водню, модель Бора:

Струм  , де Т – період обертання.

 

–момент імпульсу електрона. Магнітний момент елементарного струму електрона який рухається по орбіті радіусом r є

 

.

 - гіромагнітне число.

Але звідси виходить, що допустимими будуть значення L:

 

, n=1,2,3,…

 

Тоді                                                        .

Найменше значення   - називають магнетоном Бора.

 

2. Електрон має ще спіновий момент кількості руху (спіном). Проекція спіна на обраний напрямок може приймати тільки два значення   і  . Спіну відповідає магнітний момент, проекція якого на обраний напрямок дорівнює М_Б, отже

.

 

Механічний і магнітний моменти будь-якого атома векторно складаються із орбітальних і спінових моментів.