Enter a word or phrase in any language 👆
Language:
Translation and analysis of words by ChatGPT artificial intelligence
On this page you can get a detailed analysis of a word or phrase, produced by the best artificial intelligence technology to date:
- how the word is used
- frequency of use
- it is used more often in oral or written speech
- word translation options
- usage examples (several phrases with translation)
- etymology
What (who) is Ферромагнетизм - definition
Ферромагнитизм
![магнитомягкого материала]].](https://commons.wikimedia.org/wiki/Special:FilePath/MagnetEZ.jpg?width=200 "магнитомягкого материала]].")
![Микрофотография Керра]] поверхности металла, показывающая магнитные домены с красными и зелеными полосами, обозначающими противоположные направления намагниченности.](https://commons.wikimedia.org/wiki/Special:FilePath/Weiss-Bezirke1.png?width=200 "Микрофотография Керра]] поверхности металла, показывающая магнитные домены с красными и зелеными полосами, обозначающими противоположные направления намагниченности.")
ФЕРРОМАГНЕТИЗМ
магнитоупорядоченное состояние макроскопических объемов вещества (ферромагнетика), в котором магнитные моменты атомов (ионов) параллельны и одинаково ориентированы. Эти объемы - домены - обладают магнитным моментом Ms (самопроизвольной намагниченностью) даже при отсутствии внешнего намагничивающего поля. Для ферромагнетиков во внешнем магнитном поле характерны: нелинейность кривой намагничивания и магнитный гистерезис при перемагничивании. Значение Ms максимально при Т = 0К, с увеличением температуры Ms уменьшается и обращается в нуль в Кюри точке, выше которой вещество становится парамагнитным.
ФЕРРОМАГНЕТИЗМ
а, мн. нет, м. физ.
Совокупность магнитных свойств веществ (ферромагнетиков), у которых намагниченность соседних атомов (ионов) ориентирована в одном направлении, что приводит к самопроизвольному намагничи-ванию веществ. Фирромагнетический - характеризующийся ферромагнетизмом.||Ср. ФЕРРИМАГНЕТИЗМ.
Ферромагнетизм
одно из магнитных состояний кристаллических, как правило, веществ, характеризуемое параллельной ориентацией магнитных моментов (См. Магнитный момент) атомных носителей магнетизма. Параллельная ориентация магнитных моментов (рис. 1) устанавливается при температурах Т ниже критической Θ (см. Кюри точка) и обусловлена положительным значением энергии межэлектронного обменного взаимодействия (См. Обменное взаимодействие) (см. Магнетизм). Ферромагнитная упорядоченность магнитных моментов в кристаллах (атомная магнитная структура - коллинеарная или неколлинеарная) непосредственно наблюдается и исследуется методами магнитной нейтронографии (См. Нейтронография). Вещества, в которых установился ферромагнитный порядок атомных магнитных моментов, называют ферромагнетиками (См. Ферромагнетики). Магнитная восприимчивость (ферромагнетиков положительна (χ > 0) и достигает значений 104-105 гс/э, их Намагниченность J (или индукция В = Н + 4πJ) растет с увеличением напряжённости магнитного поля Н нелинейно (рис. 2) и в полях 1-100 э достигает предельного значения Js - магнитного насыщения. Значение J зависит также от "магнитной предыстории" образца, это делает зависимость J от Н неоднозначной (наблюдается магнитный Гистерезис).
Проявления Ф. в монокристаллах и поликристаллах могут существенно различаться. В ферромагнитных монокристаллах наблюдается Магнитная анизотропия (рис. 3) - различие магнитных свойств по разным кристаллографическим направлениям. В поликристаллах с хаотическим распределением ориентаций кристаллических зёрен анизотропия в среднем по образцу отсутствует, но при неоднородном распределении ориентаций она может наблюдаться (магнитная текстура).
Магнитные и другие физические свойства ферромагнетиков обладают специфической зависимостью от температуры Т. Намагниченность насыщения Js имеет наибольшее значение при Т = 0 К и монотонно уменьшается до нуля при Т = Θ (рис. 4).
Выше Θ ферромагнетик переходит в парамагнитное состояние (см. Парамагнетизм), а в некоторых случаях (редкоземельные металлы) - в антиферромагнитное. При Н = 0 этот переход, как правило, является фазовым переходом (См. Фазовый переход) 2-го рода. Температурный ход магнитной проницаемости (См. Магнитная проницаемость) μ (или восприимчивости χ) ферромагнетиков имеет явно выраженный максимум вблизи Θ. При Т > Θ восприимчивость (обычно следует Кюри - Вейса закону (См. Кюри - Вейса закон). При намагничивании ферромагнетиков изменяются их размеры и форма (см. Магнитострикция). Поэтому кривые намагничивания и петли гистерезиса зависят от внешних напряжений. Наблюдаются также аномалии в величине и температурной зависимости упругих постоянных, коэффициентов линейного и объёмного расширения. При адиабатическом намагничивании и размагничивании ферромагнетики изменяют свою температуру (см. Магнитное охлаждение). Специфические особенности немагнитных свойств ферромагнетиков наиболее ярко проявляются вблизи Т = Θ.
Поскольку самопроизвольная намагниченность ферромагнетиков сохраняется до Т = Θ, а в типичных ферромагнетиках температура (может достигать Ферромагнетизм 103 К, то kΘ ≈ 10-13 эрг (k - Больцмана постоянная). Это означает, что энергия взаимодействия, которая ответственна за существование ферромагнитного порядка атомных магнитных моментов в кристалле, тоже должна быть порядка 10-13эрг на каждую пару соседних магнитно-активных атомов. Такое значение энергии может быть обусловлено только электрическим взаимодействием между электронами, ибо энергия магнитного взаимодействия электронов двух соседних атомов ферромагнетика не превышает, как правило, 10-16 эрг, и поэтому может обеспечить температуру Кюри лишь Ферромагнетизм 1 К (такие ферромагнетики с т. н. дипольным магнитным взаимодействием тоже существуют). В общем случае магнитные взаимодействия в ферромагнетиках определяют их магнитную анизотропию. Классическая физика не могла объяснить каким образом электрическое взаимодействие может привести к Ф. Только Квантовая механика позволила понять тесную внутреннюю связь между результирующим магнитным моментом системы электронов и их электростатическим взаимодействием, которое принято называть обменным взаимодействием.
Необходимым условием Ф. является наличие постоянных (независящих от Н) магнитных (спиновых или орбитальных, или обоих вместе) моментов электронных оболочек атомов ферромагнетиков. Это выполняется в кристаллах, построенных из атомов переходных элементов (атомов с недостроенными внутренними электронными слоями). Различают 4 основных случая:
1) металлические кристаллы (чистые металлы, сплавы и интерметаллические соединения) на основе переходных элементов с недостроенными d-cлоями (в первую очередь 3d-cлоем у элементов группы железа); 2) металлические кристаллы на основе переходных элементов с недостроенными f-cлоями (редкоземельные элементы с недостроенным 4f-cлоем); 3) неметаллические кристаллические соединения при наличии хотя бы одного компонента из переходных d- или f-элементов; 4) сильно разбавленные растворы атомов переходных d- или f-металлов в диамагнитной металлической матрице. Появление в этих четырёх случаях атомного магнитного порядка обусловлено обменным взаимодействием.
В неметаллических веществах (случай 3) это взаимодействие чаще всего носит косвенный характер, при котором магнитный порядок электронов недостроенных d-или f-cлоев в ближайших соседних парамагнитных ионах устанавливается при активном участии электронов внешних замкнутых слоев магнитно-нейтральных ионов (например, O2-, S2-, Se2- и т.п.), расположенных обычно между магнитно-активными ионами (см. Ферримагнетизм). Как правило, здесь возникает антиферромагнитный порядок, который приводит либо к компенсированному антиферромагнетизму, если в каждой элементарной ячейке кристалла суммарный магнитный момент всех ионов равен нулю, либо к ферримагнетизму - если этот суммарный момент не равен нулю. Возможны случаи, когда взаимодействие в неметаллических кристаллах носит ферромагнитный характер (все атомные магнитные моменты параллельны), например EuO, Eu2SiO4, CrBr3 и др.
Общим для кристаллов типа 1, 2, 4 является наличие в них системы коллективизированных электронов проводимости. Хотя в этих системах и существуют подмагничивающие обменные взаимодействия, но, как правило, магнитного порядка нет, а имеет место парамагнетизм паулевского типа, если он сам не подавлен более сильным Диамагнетизмом ионной решётки. Если всё же магнитный порядок возникает, то в случаях 1, 2 и 4 он различен по своему происхождению. Во втором случае магнитно-активные 4f'-cлои имеют очень малый радиус по сравнению с параметром кристаллической решётки. Поэтому здесь невозможна прямая обменная связь даже у ближайших соседних ионов. Такая ситуация характерна и для четвёртого случая. В обоих этих случаях обменная связь носит косвенный характер, осуществляют её электроны проводимости. В четвёртом типе ферромагнетиков (в отличие от случаев 1, 2, 3) магнитный порядок не обязательно связан с кристаллическим атомным порядком. Часто эти ферромагнетики представляют собой в магнитном отношении аморфные системы с неупорядоченно распределёнными по кристаллической решётке ионами, обладающими атомными магнитными моментами (т. н. спиновые стекла).
Наконец, в кристаллах 1-го типа электроны, принимающие участие в создании атомного магнитного порядка, состоят из бывших 3d- и 4s-электронов изолированных атомов. В отличие от 4f'-cлоёв редкоземельных ионов, имеющих очень малый радиус, более близкие к периферии 3d-электроны атомов группы Fe испытывают практически полную коллективизацию и совместно с 4s-электронами образуют общую систему электронов проводимости. Однако в отличие от нормальных (непереходных) металлов, эта система в d-металлах обладает гораздо большей плотностью энергетических уровней, что благоприятствует действию обменных сил и приводит к появлению намагниченного состояния в Fe, Со, Ni и в их многочисленных сплавах.
Конкретные теоретические расчёты различных свойств ферромагнетиков проводятся как в квазиклассическом феноменологическом приближении, так и с помощью более строгих квантовомеханических атомных моделей. В первом случае обменное взаимодействие, приводящее к Ф., учитывается введением эффективного молекулярного поля (Б. Л. Розинг, 1897; П. Вейс, 1907), энергия U которого квадратично зависит от J:
U = -NA (JslJs0)2
где N - число магнитно-активных атомов в образце, А - постоянная молекулярного поля (А > 0), Js0 - намагниченность насыщения при абсолютном нуле (См. Абсолютный нуль) температуры. Уточнение этой трактовки Ф. дала квантовая механика, раскрыв электрическую обменную природу постоянной А (Я. И. Френкель, В. Гейзенберг, 1928). В частности, при низких температурах (Т < Θ) удалось провести более точный квантовый расчёт (Ф. Блох, 1930), показавший, что уменьшение самопроизвольной намагниченности Js0 ферромагнетика с ростом температуры можно в первом приближении описывать как возникновение элементарных магнитных возбуждений - квазичастиц (См. Квазичастицы), носящих название спиновых волн (См. Спиновые волны) или ферромагнонов. Каждый ферромагнон даёт уменьшение Js0 на величину магнитного момента одного узла решётки. Число ферромагнонов растет с нагреванием ферромагнетика пропорционально T3/2, поэтому температурная зависимость Js имеет вид:
Js = Js0(1 - αT3/2),
где коэффициент (имеет порядок 10-6К-3/2 и зависит от параметра обменного взаимодействия.
В отсутствие внешнего магнитного поля (Н = 0) термодинамически устойчивому состоянию макроскопического ферромагнитного образца отвечает размагниченное состояние, ибо в противном случае на поверхности образца, как правило, возникают магнитные полюсы, создающие т. н. размагничивающее поле H0, с которым связана большая положительная энергия. В то же время обменное взаимодействие стремится создать магнитный порядок с J ≠ 0. В результате борьбы этих противоположных тенденций происходит разбиение ферромагнитного образца на Домены - области однородной намагниченности. Теория Ф. качественно определяет размеры и форму доменов, которые зависят от конкуренции различных взаимодействий в кристалле ферромагнетика (Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшиц, 1935). Равновесная структура доменов при J = 0 отвечает замкнутости магнитных потоков внутри образца. Между доменами существуют переходные слои конечной толщины, в которых Js непрерывно меняет своё направление. На образование этих слоев затрачивается положительная энергия, но она меньше энергии поля H0, которая возникла бы в отсутствие доменов. При некоторых критически малых размерах ферромагнитных образцов образование в них нескольких доменов может стать энергетически невыгодным, и тогда такие мелкие ферромагнитные частицы оказываются при Т < Θ однородно намагниченными (т. н. однодоменные частицы).
Кривые намагничивания и петли гистерезиса в ферромагнетиках определяются изменениями объёма доменов с различными ориентациями Js в них за счёт смещения границ доменов, а также вращения векторов Js доменов (см. Намагничивание). Магнитную восприимчивость ферромагнетиков можно приближённо представить в виде суммы: χ = χсмещ + χвращ. анализ кривых намагничивания J (H) показывает, что в слабых полях χсмещ > χвращ, а В сильных (после крутого подъёма кривой) χвращ > χсмещ. Особый характер имеют процессы намагничивания и распределение намагниченности в магнитных тонких плёнках (См. Магнитная тонкая плёнка). Из-за чувствительности доменной структуры и процессов намагничивания к строению кристаллов общая количественная теория кривых намагничивания ферромагнетиков пока находится в незавершённом состоянии. Обычно для определения зависимости J (Н) пользуются качественными физическими представлениями, лишь в случае идеальных монокристаллов в области, где χвращ > χсмещ., возможен строгий количественный расчёт (Н. С. Акулов, 1928).
Теория кривых намагничивания и петель гистерезиса важна для разработки новых и улучшения существующих магнитных материалов (См. Магнитные материалы).
Связь Ф. с многими немагнитными свойствами вещества позволяет по данным измерений магнитных свойств получить информацию о различных тонких специфических особенностях электронной структуры кристаллов. Поэтому Ф. интенсивно исследуют на электронном и ядерном уровнях, применяя электронный Ферромагнитный резонанс, Ядерный магнитный резонанс, Мёссбауэра эффект, рассеяние на ферромагнитных кристаллах различного типа корпускулярных излучений (с учётом влияния магнитных моментов взаимодействующих частиц) и т.д. В 70-е гг. 20 в. возникли интересные контакты Ф. с физикой элементарных частиц и астрофизикой. Здесь следует упомянуть об изучении в ферромагнетиках явлений аннигиляции позитронов, образования мюония (См. Мюоний) и позитрония (см. Позитрон), рассеяния мюонов, а в астрофизике - о проблеме магнетизма нейтронных звёзд (пульсаров (См. Пульсары)).
Лит.: Акулов Н. С., Ферромагнетизм, М. - Л., 1939; Бозорт Р., Ферромагнетизм, пер. с англ., М., 1956; Вонсовский С. В., Шур Я. С., Ферромагнетизм, М. - Л., 1948; Дорфман Я. Г., Магнитные свойства и строение вещества, М., 1955; Туров Е. А., Физические свойства магнитоупорядоченных кристаллов, М., 1963; Теория ферромагнетизма металлов и сплавов. Сб., пер. с англ., М., 1963; Ахиезер А. И., Барьяхтар В. Г., Пелетминский С. В., Спиновые волны, М., 1967: Туров Е. А., Петров М. П., Ядерный магнитный резонанс в ферро- и антиферромагнетиках, М., 1969; Сверхтонкие взаимодействия в твердых телах, пер. с англ., М., 1970; Вонсовский С. В., Магнетизм. М., 1971; Becker R., Doring W., Ferromagnetismus, B., 1939; Kneller E., Ferromagnetismus, B., 1962; Magnetism, v. 1-4, N. Y. - L., 1963-66; Amorphous magnetism, L. - N. Y., 1973; Goodenough J. B., Magnetism and the Chemical Bond, N. Y. - L., 1963.
С. В. Вонсовский.
Рис. 1. Ферромагнитная (коллинеарная) атомная стуктура гранецентрированной кубической решётки ниже точки Кюри Θ; стрелками обозначены направления атомных магнитных моментов; Js - вектор суммарной намагниченности.
Рис. 2. Кривая безгистерезисного намагничивания (0 Вm) и петля гистерезиса поликристаллического железа. Значению индукции Вm соответствует намагниченность насыщения Js.
Рис. 3. Зависимость намагниченности J от напряжённости магнитного поля Н для трёх главных кристаллографических осей монокристалла железа (тип решётки - объёмно-центрированная кубическая, [100] - ось лёгкого намагничивания).
Рис. 4. Схематическое изображение температурной зависимости намагниченности насыщения Js ферромагнетика, Θ - точка Кюри.
Wikipedia
Ферромагнетизм
Ферромагнетизм — появление спонтанной намагниченности при температуре ниже температуры Кюри вследствие упорядочения магнитных моментов, при котором большая их часть параллельна друг другу. Это основной механизм, с помощью которого определённые материалы (например, железо) образуют постоянные магниты или притягиваются к магнитам. Вещества, в которых возникает ферромагнитное упорядочение магнитных моментов, называются ферромагнетиками.
В физике принято различать несколько типов магнетизма. Ферромагнетизм (наряду с аналогичным эффектом ферримагнетизма) является самым сильным типом магнетизма и ответственен за физическое явление магнетизма в магнитах, встречающееся в повседневной жизни. Вещества с тремя другими типами магнетизма — парамагнетизмом, диамагнетизмом и антиферромагнетизмом, слабее реагируют на магнитные поля, — но силы обычно настолько слабы, что их можно обнаружить только с помощью чувствительных приборов в лаборатории.
Повседневный пример ферромагнетизма — магнит на холодильник, который используется для хранения записок на дверце холодильника. Притяжение между магнитом и ферромагнитным материалом — это качество магнетизма, которое наблюдалось с древних времён.
Постоянные магниты, создаваемые из материалов, которые могут быть намагничены внешним магнитным полем и оставаться намагниченными после снятия внешнего поля, сделаны из ферромагнитных, либо ферримагнитных веществ, как и материалы притягивающиеся к ним. Лишь некоторые химические чистые вещества обладают ферромагнитными свойствами. Наиболее распространенными из них являются железо, кобальт, никель и гадолиний. Большинство их сплавов, а также некоторые соединения редкоземельных металлов демонстрируют ферромагнетизм. Ферромагнетизм очень важен в промышленности и современных технологиях и является основой для многих электрических и электромеханических устройств, таких как электромагниты, электродвигатели, генераторы, трансформаторы и магнитные накопители, магнитофоны и жёсткие диски, а также для неразрушающего контроля чёрных металлов.
Ферромагнитные материалы можно разделить на магнитномягкие материалы, такие как отожженное железо, которое может быть намагничено, но не имеет тенденции оставаться намагниченным, и магнитножёсткие материалы, которые сохраняют остаточную намагниченность. Постоянные магниты изготавливаются из «жёстких» ферромагнитных материалов, таких как альнико, и ферримагнитных материалов, таких как феррит, которые во время производства подвергаются специальной обработке в сильном магнитном поле для выравнивания их внутренней микрокристаллической структуры, что затрудняет их размагничивание. Чтобы размагнитить ''насыщенный магнит'', необходимо приложить определённое магнитное поле, которое зависит от коэрцитивной силы материала. «Жёсткие» материалы обладают высокой коэрцитивной силой, тогда как «мягкие» материалы имеют низкую коэрцитивную силу. Общая сила магнита измеряется его магнитным моментом или, альтернативно, общим магнитным потоком, который он создаёт. Локальная сила магнетизма в материале характеризуется его намагниченностью.
Examples of use of Ферромагнетизм
1. Со спинами электронов связано и такое интересное явление, как ферромагнетизм - способность материала становиться магнитом.
2. "Кто мог предположить, что при собирании одинаковых атомов в природе могут появляться разные результаты - сверхпроводимость или ферромагнетизм?
