Природа магнитов
1. Антимагнитный
Твердые тела проявляют диамагнетизм, когда намагниченность M отрицательна. Такими свойствами обладают такие металлы, как Bi, Cu, Ag и Au. Во внешнем магнитном поле напряженность магнитной индукции внутри намагниченной среды меньше, чем напряженность магнитной индукции М в вакууме. Магнитный момент атомов (ионов) диамагнетиков должен быть равен нулю, то есть постоянного магнитного момента нет. Когда диамагнетик помещается во внешнее магнитное поле, внешнее магнитное поле изменяет орбиту электрона и индуцирует магнитный момент, противоположный направлению внешнего магнитного поля, что выражается как диамагнетизм. Следовательно, диамагнетизм возникает из-за изменения состояния электронных орбиталей в атомах. Диамагнитная способность диамагнитных материалов обычно слаба,
2. Парамагнетик
Главная особенность парамагнетиков состоит в том, что внутри атомов существует постоянный магнитный момент независимо от наличия или отсутствия внешнего магнитного поля. Однако в отсутствие внешнего магнитного поля из-за нерегулярных тепловых колебаний атомов парамагнетика макроскопически немагнитный очень слабый магнетизм. Намагниченность положительна в том же направлении, что и внешнее магнитное поле, и строго пропорциональна внешнему магнитному полю Н. Помимо Н, магнитные свойства парамагнетиков зависят еще и от температуры. Его магнитная восприимчивость Н обратно пропорциональна внешнему магнитному полю Н. абсолютной температуре Т. Среди них С называется постоянной Кюри, которая зависит от намагниченности и магнитного момента парамагнетика. Магнитная восприимчивость парамагнетиков обычно невелика, и при комнатной температуре H составляет около 10. Вообще говоря, атомы или молекулы, содержащие нечетное число электронов, такие как переходные элементы, редкоземельные элементы, стальные элементы и металлы, такие как алюминий и платина, которые не заполняют оболочку, являются парамагнитными веществами.
3. Ферромагнетик
Для Fe, Co, Ni и других материалов магнитная восприимчивость при комнатной температуре может достигать 10-3 порядков, а магнитные свойства таких материалов называются ферромагнетизмом. Ферромагнитные материалы могут достигать чрезвычайно высокой намагниченности даже в слабых магнитных полях и остаются сильными, когда внешнее магнитное поле удаляется. Магнитная восприимчивость является положительной величиной, но при увеличении внешнего магнитного поля ее H становится меньше из-за быстрого насыщения намагниченности.
Ферромагнитные материалы очень магнитны, в основном из-за их сильных внутренних обменных полей. Обменная энергия ферромагнитного материала положительна и велика, так что магнитные моменты соседних атомов ориентированы параллельно (соответствуя стационарному состоянию), образуя множество небольших областей или доменов внутри материала. Каждый магнитный домен имеет около 1015 атомов. Магнитные моменты этих атомов выровнены в одном направлении, предполагая, что внутри кристалла существует сильное внутреннее поле, называемое «молекулярным полем», которого достаточно для автоматического намагничивания каждого магнитного домена до насыщения.
Эта самогенерируемая намагниченность называется спонтанной намагниченностью. Благодаря его присутствию ферромагнитные материалы могут сильно намагничиваться в слабых магнитных полях. Следовательно, спонтанная намагниченность является основной характеристикой ферромагнитных материалов, и в этом также заключается различие между ферромагнитными материалами и парамагнетиками.
Ферромагнетизм ферромагнетиков проявляется только ниже определенной температуры. Выше этой температуры из-за тепловой турбулентности внутри материала спонтанная намагниченность ферромагнетика становится равной нулю, и ферромагнетизм исчезает. Эта температура называется точкой Кюри. Выше точки Кюри материал проявляет сильный парамагнетизм, и связь между его магнитной восприимчивостью и температурой подчиняется Кюри — внешний закон — C, постоянная Кюри.
4. Антиферромагнетик
Антиферромагнетизм означает, что спины электронов выстроены антипараллельно. В той же подрешетке имеется спонтанная намагниченность, и магнитные моменты электронов расположены в одном направлении; в разных подрешетках магнитные моменты электронов расположены в противоположных направлениях. Спонтанные намагниченности в двух подрешетках имеют такую же величину и противоположны по направлению, как и весь кристалл. Антиферромагнитные материалы в основном представляют собой неметаллические соединения, такие как MnO.
Спонтанная намагниченность антиферромагнетиков не может наблюдаться ни при какой температуре, поэтому макроскопические свойства парамагнитны, М и Н направлены в одну сторону, а магнитная восприимчивость положительна. Когда температура высока, она чрезвычайно мала; температура снижается и постепенно повышается. При определенной температуре достигается максимальное значение. Она называется точкой Кюри или точкой Нейла антиферромагнитного вещества. Объяснение существования точек Нейла состоит в том, что при очень низких температурах магнитные моменты почти полностью компенсируются из-за полного обращения спинов соседних атомов, поэтому магнитная восприимчивость почти близка к нулю. Эффект спиновой инверсии ослабевает и усиливается с ростом температуры.
