磁性材料は、磁場によって磁石に引き付けられる材料として定義されます。磁性体は鉄、ニッケル、コバルトであり、これらの材料でできた物体は磁石に引き寄せられるという特徴があります。それとは別に、磁性体には磁化される能力、つまり磁性体は磁石に変わる能力があります。
材料の磁気分類
バルク磁化率に応じて、すべての材料はその磁気的挙動に従って分類でき、その大部分は 5 つのグループのいずれかに分類されます。磁性において、最も一般的な 2 つのタイプは、反磁性と常磁性です。これら 2 種類の磁性は、室温での周期表のほとんどの元素の磁気特性を説明します。
これらの要素は一般に非磁性と呼ばれますが、一般に磁性と呼ばれるものは、その磁気特性に応じて実際には強磁性に分類されます。反強磁性は、室温に保たれたときに純粋な元素で観察できる唯一の他のタイプの磁性です。さらに、フェリ磁性材料は、この特性が純粋な元素では観察されず、フェライトとして知られている混合酸化物などの化合物でのみ見られるという事実にもかかわらず、磁性材料として分類できます。その名前。さまざまな種類の材料に関して言えば、磁化率の値は特定の範囲内にあります。
反磁性
原子には正味の磁気モーメントがないため、反磁性体には、印加された磁場がない場合の正味の磁気モーメントはありません。印加された磁場 (H) の影響下にある間、回転する電子プロセスと、一種の電流であるこの動きにより、印加された磁場とは正反対の極性である磁化 (M) が生成されます。反磁性効果はすべての材料に存在します。それにもかかわらず、反磁性効果は、より大きな常磁性または強磁性項によって影が薄くなることがあります。感受性の値は、周囲温度の変化の影響を受けません。
常磁性
常磁性についてはいくつかの理論が提案されており、それぞれが特定の種類の物質に有効です。相互作用しない局在電子を持つ材料に有効なランジュバン モデルでは、各原子には独自の磁気モーメントがあり、熱攪拌の結果としてランダムに配向され、これはすべての材料に当てはまると述べています。磁場の適用により、これらのモーメントが適度に整列し、その結果、磁場の適用方向の磁化が低くなります。温度が上昇すると熱擾乱が大きくなり、原子の磁気モーメントを整列させることが難しくなり、温度が上昇するにつれて磁化率が低下します。この動作はキュリーの法則と呼ばれ、以下の式 1 に示されています。ここで、C はキュリー定数と呼ばれる物質定数です。
x=CT
強磁性
原子が格子状に編成されると、原子の磁気モーメントが相互作用し、互いに平行に整列することができます。これが、強磁性が実現可能な唯一の方法です。 1907 年に Weiss によって提案されたように、強磁性材料内の分子場がこの結果の原因であると考えられており、これは古典理論によって説明されています。この磁場は、材料を過熱することなく飽和レベルまで磁化するのに十分です。量子物理学における強磁性のハイゼンベルグ モデルとして知られているこのモデルは、2 つの磁気モーメント間の近くのモーメント間の交換相互作用の観点から、磁気モーメントの平行な配置を表します。
材料内部の磁区の存在を説明するために、ワイスはこれらの磁区が原子の磁気モーメントが整列している場所であるという仮説を立てました。これらのドメインの移動度は、材料が磁場にどのように応答するかに影響を与えます。その結果、磁化率は、問題の材料に適用される磁場の関数になります。そのため、強磁性体は通常、磁化率ではなく、飽和磁化 (すべてのドメインが整列したときの磁化) で比較されます。
反強磁性
クロムは、周期表で室温で反強磁性を示す唯一の元素であり、最も豊富に存在します。反強磁性材料は強磁性材料に非常に似ているという事実にもかかわらず、近くの原子間の交換接触により、反強磁性材料の原子磁気モーメントが反平行に整列します。そのため、磁場が相殺され、物質は常磁性物質と同じように振る舞うように見えます。これらの材料は、強磁性材料と同様に、ネール温度 (TN) として知られる特定の温度に達すると常磁性になります。 (たとえば、Cr は TN=37oC に達します。)
フェリ磁性
フェリ磁性は、純粋な元素よりも複雑な結晶構造を持つため、より大きな磁気反発力を示す化合物でのみ観察できます。これらの材料内で発生する交換相互作用により、原子はいくつかの結晶部位で平行に整列し、他の結晶部位では逆平行に整列します。強磁性材料と同様に、この材料は磁区に分解され、磁気的挙動も同様にかなり似ていますが、フェリ磁性材料はしばしば強磁性材料よりも飽和磁化が低くなります。たとえば、バリウム フェライト (BaO.6Fe2O3) では、ユニット セルに 64 個のイオンが含まれます。このうち、バリウム イオンと酸素イオンは磁気モーメントを持たず、16 個の Fe3+ イオンは印加された磁場に平行に整列したモーメントを持ち、8 個の Fe3+ イオンは反平行に整列したモーメントを持ちます。その結果、印加磁場に平行な正味の磁化が生じますが、イオンの 8 分の 1 しか磁化に寄与しないため、大きさは比較的小さくなります
非磁性体とは?
非磁性材料は、磁石に引き付けられない材料であるため、そのように呼ばれます。鉄、ニッケル、コバルト以外のすべての物質は非磁性体に分類されます。たとえば、プラスチック、ゴム、水などの非磁性体は非磁性体に分類されます。非磁性体を磁化することは不可能です。
結論
すべての材料は、その磁気的挙動に従って分類できます。ほとんどは 5 つのグループのいずれかに分類され、その中で最も一般的なのは反磁性です。他のタイプの磁性は、混合酸化物やフェリ磁性体などの化合物でのみ観察できます。磁化率の値は特定の範囲内にあります。量子物理学では、原子磁気モーメントが相互に作用し、互いに平行に整列できるように、原子は格子状に編成されます。
材料内の分子場がこの現象の原因であると考えられています。この磁場は、材料を過熱することなく飽和レベルまで磁化するのに十分です。フェリ磁性は、純粋な元素よりも複雑な結晶構造を持つため、より大きな磁気反発力を示す化合物でのみ観察できます。これらの材料内で発生する交換相互作用により、原子はいくつかの結晶部位で平行に整列し、他の結晶部位では反平行に整列します。
