Ferrimagnetisme

Den ferrimagnétisme er en magnetisk egenskab af visse faste stoffer. I et ferrimagnetisk materiale er de magnetiske øjeblikke anti-parallelle, men med forskellig amplitude. Dette resulterer i spontan magnetisering af materialet. Det skelnes derfor både fra antiferromagnetisme , for hvilket det resulterende magnetiske øjeblik er nul, og fra ferromagnetisme , for hvilket spontan magnetisering resulterer på det mikroskopiske niveau fra et parallelt arrangement af magnetiske øjeblikke. Nogle ferrimagnetiske stoffer kaldes ferritter, men det er vigtigt at bemærke, at ordet i denne sammenhæng bruges i det maskuline. Det er derfor ikke forveksle det med den ferrit , som er et udtryk udpegning af metallurgi α fase af jern.

Indflydelse af temperatur

Princip

I et ferrimagnetisk materiale kan vi opdele krystalstrukturen i flere underarrangementer med forskellige magnetiske øjeblikke, men hvis vektorsummen af disse øjeblikke er ikke-nul. I det simple tilfælde af en ferrimagnetiske delelige i to undernetværk A og B, de øjeblikke M A og M B forbundet med henholdsvis undernetværker A og B nævnt ovenfor, er modsat i retning, men af forskellige værdier.

Temperaturafhængigheden af ferrimagnetiske materialer svarer til den for ferromagnetiske materialer . Faktisk varierer den spontane polarisering af et ferrimagnetisk materiale med temperaturen. Som temperaturen stiger, den termiske bevægelse tendens til gradvist disorienting de magnetiske momenter M A og M B . Den spontane magnetisering af materialet reduceres derfor med temperaturstigningen.

Den temperatur, ved hvilken magnetiseringen af materialet er nul, kaldes Curie-temperaturen. De to underarrays magnetiske øjeblikke orienteres derefter tilfældigt, og det samlede magnetiske øjeblik er nul. Ud over denne temperatur antager det ferrimagnetiske materiale en paramagnetisk opførsel .

De termiske variationer kan dog påvirke de to undernetværk på en mere kompleks måde, og der kan være en temperatur lavere end Curie-temperaturen T C, for hvilken den spontane magnetisering af materialet er nul. Denne temperatur kaldes kompensationstemperaturen T comp, og nulmagnetiseringen er resultatet af en nøjagtig kompensation for magnetiseringen af de to subnetværk.

Den følgende figur viser flere mulige tilfælde (M, L, N, Q, P) af variationer i magnetisering som en funktion af temperaturen. Sagen N, for hvilken der findes en kompensationstemperatur, er detaljeret, magnetiseringerne af de to undernetværk er repræsenteret, de annullerer hinanden for T = T comp .

Undersøgelse af temperaturafhængighed

Det er muligt at studere temperaturafhængigheden af ferromagnetiske materialer ved at følge den fænomenologiske teori udviklet af Louis Néel . Ved at placere os i den molekylære felt model, to antennesystemmoduler af forskellige magnetiseringer og betragtes. ${\ displaystyle M _ {\ mathrm {A}}}$ ${\ displaystyle M _ {\ mathrm {B}}}$

Er , , og de forskellige koefficienter af marken på grund af molekylære interaktioner mellem de to netværk og samspillet præsentere i et samme netværk. ${\ displaystyle W _ {\ mathrm {AB}}}$ ${\ displaystyle W _ {\ mathrm {BA}}}$ ${\ displaystyle W _ {\ mathrm {AA}}}$ ${\ displaystyle W _ {\ mathrm {BB}}}$

{\ displaystyle W _ {\ mathrm {AB}} = W _ {\ mathrm {BA}} = - W \ (W> 0)}

{\ displaystyle W _ {\ mathrm {AA}} = a _ {\ mathrm {A}} W \}

og ( og )

{\ displaystyle \ W _ {\ mathrm {BB}} = a _ {\ mathrm {B}} W}

{\ displaystyle W _ {\ mathrm {AA}} \}

{\ displaystyle \ W _ {\ mathrm {BB}}> 0}

Det samlede felt, der virker på hvert af de to undernet, er:

{\ displaystyle H_ {i} = HW (M_ {j} -a_ {j} M_ {j}) \ quad {\ text {with}} \ quad i, j = \ mathrm {A} \ {\ text {or }} \ \ mathrm {B}}

I det paramagnetiske domæne, ${\ displaystyle M_ {i} = {\ frac {C_ {i}} {T}} H_ {i}}$

Med C i Curie-konstanten for hvert subnetværk således ${\ displaystyle C_ {i} = {\ frac {N_ {i} \ mu _ {0} m_ {i \ mathrm {eff}} ^ {2}} {3k_ {b}}}}$

Udtrykket for total magnetisering er:

{\ displaystyle M = M _ {\ mathrm {A}} + M _ {\ mathrm {B}} = XH}

Følsomheden er sådan, at:

{\ displaystyle {\ frac {1} {X}} = {\ frac {T- \ theta _ {p}} {C}} - {\ frac {\ gamma} {T- \ theta}}}

Det modsatte af følsomheden følger derfor en hyperbolsk lov. På samme måde som for antiferromagnetiske materialer er den asymptotiske temperatur i 1 / X- kurven negativ. Ved meget høje temperaturer, den inverse af følsomhed varierer lineært med temperaturen, og den afviger fra denne adfærd, når den nærmer sig Curie-temperaturen T C . Denne temperatur defineres ved annullering af 1 / X , følsomheden bliver uendelig, og vi er i nærværelse af en lodret asymptote.

Indflydelse af magnetfeltet

I mangel af et magnetfelt

Som med antiferromagnetisme justerer krystalionernes magnetiske øjeblikke antiparallel inden for et lille domæne, Weiss-domænet . De modsatte magnetiske øjeblikke er imidlertid ulige og kompenserer ikke fuldt ud for hinanden. Vi finder derefter et magnetisk øjeblik i hvert domæne. På krystalskalaen observeres intet resulterende magnetisk moment, da Weiss-domænerne er rettet i alle retninger.

I nærvær af et magnetfelt

I nærvær af et eksternt magnetfelt har de magnetiske øjeblikke en tendens til at justeres i retning af magnetfeltet. Kurven for værdien af magnetiseringen M som funktion af magnetfeltet H antager forskellige former afhængigt af materialets temperatur.

Når temperaturen er lavere end Curie-temperaturen, observeres en adfærd svarende til ferromagnetiske materialer, og en mætning af magnetisering af materialet vises for en bestemt feltværdi.
Over Curie-temperaturen opfører materialet sig på samme måde som paramagnetiske materialer.

Materialer

Den ferrimagnétisme observeres kun i forbindelser med komplekse krystalstrukturer. Der er mange ferrimagnetics med en spinel struktur, dvs. på formen AB 2 O 4 , hvor A er en kation i tetraedrisk websted og B, to kationer i octahedrale sites. Kan nævnes som eksempler, af NiFe 2 O 4 , CoFe 2 O 4 ellers CuFe 2 O 4 .

Der er flere familier af ferrimagnetiske forbindelser, som ikke har en spinelstruktur. Superudvekslingsbindingen er stadig grundlaget for polarisationsmekanismen, men krystalstrukturerne er mere komplekse, ligesom de kemiske formler. Der er undertiden tre antennesystemmoduler dannet af særlige magnetiske steder, som i ferritter med en granat struktur svarende til formlen 3M 2 O 3 2Fe 2 O 3 3fe 2 O 3 . M er et metal valgt fra serien af sjældne jordarter eller yttrium. I dette tilfælde er ferrit kendt som YIG (Yttrium Iron Garnet).

Blandt ferrimagnetika med en sekskantet struktur er kun barium- og strontiumferritene svarende til formlen MFe 12 O 19, hvor M = Ba eller Sr er af teknisk interesse. Deres form er meget langstrakt, hvilket forklarer den stærke magnetiske anisotropi af denne type ferrit. De bruges hovedsageligt til fremstilling af permanente magneter.

Ansøgninger

Et af de første anvendte ferrimagnetiske materialer var magnetstenen fra de gamle, som var et naturligt ferrimagnetisk materiale, men det var først i Snoeks arbejde i 1945 at have disse materialer i industriel skala og at se fremkomsten af nyere applikationer. . I dag er de af stor betydning i teknologiske applikationer, fordi de har spontane magnetiske øjeblikke. Vi finder dem:

i transformerkerner: bløde feritter anvendes ( tvangsfelt og lav hysterese ). For at opnå permanente magneter vælges tværtimod “hårde” ferriter, der har et stort tvangsfelt og en høj anisotropi ;
i mikrobølgekomponenter ved hjælp af magnetisk polarisering ved hjælp af kunstige ferrimagnetiske elementer;
i sammenhæng med geomagnetisme, for eksempel med datering af lavastrømme og registrering af variationer i orienteringen af Jordens magnetfelt ;
i edb- hukommelser . I stedet for at bruge et magnetfelt til at registrere information i et magnetisk materiale tillader ferrimagnetiske materialer kun pulser af varme at blive brugt. Faktisk kan reversering af magnetisering i en ferrimagnetik ske ved en ultrahurtig opvarmning (uden anvendelse af et magnetfelt) af materialet ved at absorbere en laserpuls med en varighed mindre end picosekunden. Denne metode kan øge skrivekapaciteten ti gange, forbruge mindre energi og tillade optagelse på magnetiske medier med en hastighed på flere Terabyte (10 12 byte ) pr. Sekund, det vil sige hundreder gange hurtigere end harddiske .

Noter og referencer

Charles Kittel ( trad. Nathalie Bardou, Evelyne Kolb), Solid State Physics [" Solid state physics "]1998[ detaljer om udgaver ]

Se også

Bibliografi

Étienne du Trémolet de Lacheisserie, Magnetism I Foundations , Louis Néel laboratorium, Grenoble
LP Lévy, magnetisme og superledningsevne (EDP Sciences)
Neil W. Ashcroft og N. David Mermin, Solid State Physics [ detalje af udgaver ]

eksterne links

Relaterede artikler