Ferromagnetyzm i Antyferromagnetyzm

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej – Ferromagnetyzm i Antyferromagnetyzm
Ferromagnetyzm i
Antyferromagnetyzm
S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej – Ferromagnetyzm i Antyferromagnetyzm
Ferromagnetyzm i Antyferromagnetyzm
Interesować nas będzie spontaniczne (tj. w nieobecności zewnętrznego pola magnetycznego)
porządkowanie się momentów magnetycznych elektronów.
źródło: Ch. Kittel „Wstęp do fizyki...”, rozdz. 15, rys. 1, str. 480
S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej – Ferromagnetyzm i Antyferromagnetyzm
Oddziaływania wymienne
źródło: N. Ashcroft, N. Mermin, „Fizyka...”, rys. 32.2, str. 804
S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej – Ferromagnetyzm i Antyferromagnetyzm
Prawo Curie-Weissa
źródło: Ch. Kittel „Wstęp do fizyki...”, rozdz. 15, rys. 2, str. 482
S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej – Ferromagnetyzm i Antyferromagnetyzm
Przykłady ferromagnetyków
źródło: S. Blundell „Magnetism in Condensed Matter Physics”, tab. 5.1, str. 88
S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej – Ferromagnetyzm i Antyferromagnetyzm
Zależność namagnesowania nasycenia od temperatury
T < Tc
T = Tc
T > Tc
źródło: Ch. Kittel „Wstęp do fizyki...”, rozdz. 15, rys. 3, str. 485
S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej – Ferromagnetyzm i Antyferromagnetyzm
Zależność namagnesowania nasycenia od temperatury
źródło: Ch. Kittel „Wstęp do fizyki...”, rozdz. 15, rys. 4, str. 485
S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej – Ferromagnetyzm i Antyferromagnetyzm
Domeny ferromagnetyczne
źródło: N. Ashcroft, N. Mermion, „Fizyka...”, rys. 33.12, str. 849
Domeny nie mogą być zbyt małe ponieważ utworzenie granicy między domenami (ścianki
domenowej, ścianki Blocha) wymaga dodatniej energii.
Typowy rozmiar domen: 10-100 m
S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej – Ferromagnetyzm i Antyferromagnetyzm
Domeny ferromagnetyczne
źródło: Ch. Kittel „Wstęp do fizyki...”, rozdz. 15, rys. 27, str. 509
S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej – Ferromagnetyzm i Antyferromagnetyzm
Pętla histerezy ferromagnetycznej
procesy nieodwracalne –
domeny nie wracają do
pierwotnych rozmiarów ponieważ
przesunięcie ścianki Blocha przez
defekty struktury krystalicznej
wymaga pokonania bariery
potencjału.
remanencja
pole koercji
podział ferromagnetyków ze
względu na pole koercji:
miękkie (Hc < 1kA/m)
(Bc < 10-3 T)
transformatory, rdzenie silników
elektrycznych
półtwarde (1kA/m < Hc <
10kA/m)
-3
(10 T < Bc < 10-2 T)
twarde dyski
twarde (10kA/m < Hc)
(10-2 T < Bc)
magnesy trwałe
źródło: N. Ashcroft, N. Mermion, „Fizyka...”, rys. 33.14, str. 851
S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej – Ferromagnetyzm i Antyferromagnetyzm
Przykłady antyferromagnetyków
źródło: Ch. Kittel „Wstęp do fizyki...”, rozdz. 15, tab. 3, str. 504
S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej – Ferromagnetyzm i Antyferromagnetyzm
Podatność magnetyczna para-, ferro- i antyferromagnetyków
źródło: Ch. Kittel „Wstęp do fizyki...”, rozdz. 15, rys. 23, str. 504
Dla antyferromagnetyków zwykle konwencja:
 = C/(T-), gdzie  < 0
S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej – Ferromagnetyzm i Antyferromagnetyzm
Doświadczalne określanie uporządkowania magnetycznego
Powyżej: otrzymana struktura magnetyczna
(momenty magnetyczne są  do płaszczyzny (001), a
ich zwroty reprezentowane znakami „+” i „-”).
Podstawową metodą określania struktur
magnetycznych jest dyfrakcja neutronów
termicznych (neutron posiada moment magnetyczny,
więc jest dobrą sondą uporządkowania momentów
magnetycznych) uzupełniona zwykle pomiarami
podatności magnetycznej w funkcji temperatury oraz
namagnesowania w funkcji zewnętrznego pola
magnetycznego (pętla histerezy). Często wykonuje się
też pomocniczo pomiary ciepła właściwego oraz oporu
elektrycznego w funkcji temperatury jako, że są one
czułe na przejścia fazowe.
źródło: S. Baran, Ł. Gondek, J. Hernandez-Velasco, D. Kaczorowski, A. Szytuła, „Magnetic ordering in
HoFe0.33Ge2”, J. Magn. Magn. Mater. 285 (2005) 188–192