はじめに
一部の材料 (鉄など) が永久磁石を生成したり、磁石に引き寄せられたりすると、強磁性 主要なメカニズムである磁気は、物理学ではいくつかの方法で分類できます。磁性は強磁性によって引き起こされます (フェリ磁性の匹敵する現象と共に)、最も強力な種類の磁性。しかし、常磁性、反磁性、反強磁性という 3 つの追加の磁気形態が存在するため、これらの弱い力は影響を受けやすい機器を使用する実験室でのみ観察できます。
付箋を冷蔵庫のドアに貼り付けるために一般的に使用される冷蔵庫の磁石は、強磁性の日常的な例です。古代世界では、「磁性の質が最初に目に見え、今日の私たちにも」、強磁性体への磁石の引力について説明しています。
強磁性体
強磁性というユニークな特性を示す化合物はごくわずかです .鉄、ニッケル、コバルト、希土類金属などの遷移金属の合金が最も一般的です。これは、材料の化学組成だけでなく、材料の結晶構造と微細構造の特性です。フントの最大多様性の法則により、これらの物質は d ブロック (鉄とその従兄弟) または f ブロック (希土類金属) に多くの不対電子を持ち、その結果 強磁性 になります。 .
フリッツ・ホイスラーにちなんで名付けられたホイスラー合金は、非強磁性成分を含む強磁性金属合金です。ステンレス鋼に見られるような強誘電体金属は、非磁性合金の主な構成要素です。液体合金を急速に冷却すると、アモルファス (非結晶性) 強磁性体 を生成できます。 金属合金。いくつかの例には、特定の材料の融点を下げる遷移金属-半金属合金 (多くの場合、約 80% の遷移金属と残りの半金属成分で構成されています) が含まれます。希土類磁石は、固体強磁性材料の比較的新しいクラスです。巨大な磁気モーメントを運ぶことで広く知られているランタニド元素は、これらの原子に見られます。
強磁性の原因
強磁性は、外殻の不対電子と隣接原子の双極子間の相互作用に起因する原子の永久双極子の整列によって引き起こされます。たとえば、鉄やコバルトなどの強磁性体の最外殻には電子が含まれていますが、極限に近い内殻はまだ空です。その結果、強誘電体材料は、その電子構造に起因する巨大なスピン磁気モーメントを持ち、原子の固体双極子モーメントにつながります。
強磁性体の例
金属は、強磁性材料の大部分を占めています。強磁性材料には、鉄、コバルト、ニッケル、およびその他の金属が含まれます。さらに、強磁性材料には、金属合金および希土類磁石が含まれます。鉄が酸化物に酸化されると、強磁性体であるマグネタイトが生成されます。 580℃がキュリー温度です。当初、それは磁性体であると考えられていました。マグネタイトは、天然に存在するすべての鉱物の中で最も強力な磁気特性を持っています。
強磁性体の性質
- 強磁性体の原子には双極子モーメントのドメインが存在します
- 強誘電体には、材料の外側の磁場と同じ方向に整列した双極子があります。
- マグネシウムには重要な双極子モーメントがあり、磁場の引力方向を指しています。
- 磁場が適用されると、磁化の強さ (M) は急速かつ直線的に (H) 増加します。その結果、彩度は素材によって異なります。
- 磁場に対する感受性は非常に高く、非常にポジティブです。 M は磁化の強さを表し、H は適用された磁場の強さを表します。これは、磁化率 Xm が M/H に等しいことを意味します。
- 材料は非常に高い正の磁束密度を持っています。強磁性体には高密度の磁力線があります。 0 は自由空間の磁気誘電率、H は印加磁場の強さ、M は磁化の強さを表します。これにより、磁束密度 B =0 (H + M) が得られます。
- 物質内の磁場は、磁場よりもはるかに強力です。したがって、比透磁率は磁場に比例して変化します。その結果、多くの力線が素材に引き込まれます。
- 磁場は、強磁性体に対して強い引力を持っています。その結果、不均一なフィールドの極の周りに群がる傾向があります。
- 強磁性粉末を入れた時計ガラスは、十分に離れた 2 つの磁極片の上に置くと、中央にくぼみが表示されます。これは、極の近くで最も強い磁場が見られるためです。
- 強磁性物質は、高温で液化すると磁気特性を失います。
強磁性体の使用
強磁性材料には、電気モーター、発電機、変圧器、電話、拡声器、クレジット カードなど、さまざまな産業用途があります。
キュリー温度
温度は強磁性特性に影響します。強磁性材料は、十分に高い温度に加熱すると常磁性になります。キュリー温度は、この遷移が起こる温度です。略称はTCです。
ヒステリシス
強磁性体は、外部磁場を取り除いても完全には消磁しません。材料を磁化ゼロの状態に戻すには、反対方向の磁場を供給する必要があります。 強磁性体から外部磁場が除去されると、磁気ヒステリシスが発生します。 素材。材料の磁束密度 (B) を外部磁場の強度 (H) に対してプロットすると、ループが形成されます。この用語はヒステリシス ループです。磁束密度は、磁化力が取り除かれたときの保持力として知られています。材料を完全に消磁するには、保磁力の高い逆磁化磁界が必要です。
ドメイン構造
ドメイン構造と呼ばれる強磁性体のこの大規模な磁気組織は、フランスの科学者ピエール=エルネスト・ワイスによって提案されました。強磁性材料には、原子とイオンのすべての磁気モーメントが整列している多くのドメインがあります。外部磁化力は、その強さに応じて、これらのドメインを次々と回転させて外部磁場と整列させ、整列していないドメインを犠牲にして整列したドメインを増加させ、全体として磁化されたアイテムをもたらします.
彩度とは、全体がひとつの領域に収まっている状態です。ドメインの構造を直接見ることができます。マグネタイトベースのコロイド溶液を強磁性体の表面に塗布する方法があります。光学顕微鏡は、表面極が存在する場合、粒子濃度の明確なパターンを簡単に検出できます。偏光、偏光中性子、電子ビーム、および X 線はすべて、示されているドメインを持っています。
結論
1950 年代以降、特に 1960 年以降、いくつかのイオン結合化合物は強磁性体でした。これらの化合物の一部には電気絶縁体が見られますが、他の化合物には半導体が見られます。ハロゲン化物 (フッ素と、塩素や臭素などの他のフッ素含有元素の化合物) およびカルコゲナイド (酸素と硫黄の化合物) は、これらの化合物の例です。マンガン、クロム (Cr)、およびユウロピウム (Eu) のみが、これらの材料に永久双極子モーメントを持っています。他は反磁性です。希土類金属のエルビウム (Er) とホルミウム (Ho) では、それらの非平行モーメント配置が低温で存在する場合、かなりの量の自発磁化が発生します。さらに、強磁性秩序は、スピネル結晶構造を持ついくつかのイオン化合物で見られます。たとえば、ツリウム (Tm) は、独自の設計により、32 ケルビン (K) 未満で自然に磁化します。
私たちは、強磁性と強磁性材料を研究してきました。これらは、現代の産業で非常に役立ちます。
