상자성 물질에는 외부 요인이 없을 때 원자나 분자의 자기 모멘트가 0이 아닌 물질이 포함됩니다. 자기장:
따라서 상자성 물질이 외부 자기장에 유입되면 자기장의 방향으로 자화됩니다. 외부 자기장이 없으면 파라자석은 자화되지 않습니다. 열 운동으로 인해 원자의 모든 자기 모멘트가 무작위로 방향이 지정되어 자화가 0이 되기 때문입니다(그림 2.7a). 상자성 물질이 외부 자기장에 도입되면 자기장을 따라 원자의 자기 모멘트의 우선적인 방향이 설정됩니다(그림 2.7b). 모멘트를 분산시키는 경향이 있는 원자의 열 운동으로 인해 완전한 방향이 방해됩니다. 이러한 우선적 방향의 결과로 상자성체가 자화되어 자체 자기장을 생성하고 외부 자기장에 겹쳐서 강화됩니다. 이 효과를 상자성 효과 또는 상자성이라고 합니다.
그림 2.7. 상자성
필드가 없고
외부 자기장(b)
상자성 물질도 모든 물질과 마찬가지로 Larmor 세차운동과 반자성 효과를 나타냅니다. 그러나 반자성 효과는 상자성 효과보다 약하고 상자성 효과에 의해 억제되어 눈에 보이지 않습니다. 상자성체의 경우 χ도 작지만 약 10 정도의 양수입니다. -7 –10 -4 이는 μ가 1보다 약간 크다는 것을 의미합니다.
반자성 물질과 마찬가지로 외부 장에 대한 상자성 물질의 자화율 의존성은 선형입니다(그림 5.8). 
자기장을 따른 자기 모멘트의 우선적인 방향은 온도에 따라 달라집니다. 온도가 증가함에 따라 원자의 열적 이동이 증가하므로 한 방향으로의 배향이 어려워지고 자화가 감소합니다. 프랑스 물리학자 P. Curie는 다음과 같은 패턴을 확립했습니다. 여기서 C는 물질 유형에 따른 퀴리 상수입니다. 상자자성의 고전 이론은 1905년 P. Langevin에 의해 개발되었습니다.
2.10 강자성. 강자성체. 강자성체의 도메인 구조.
.7. 강자성. 강자성체. @
강자성체는 외부 자기장이 없을 때 자발적으로 자화되는 고체 결정 물질입니다. .이러한 물질의 원자(분자)는 0이 아닌 자기 모멘트를 갖습니다. 외부 자기장이 없으면 넓은 영역 내의 자기 모멘트는 같은 방향으로 향하게 됩니다(나중에 자세히 설명). 약한 자기 직경 및 상자성 자석과 달리 강자성체는 자성이 높은 물질입니다. 내부 자기장은 외부 자기장보다 수백, 수천 배 더 클 수 있습니다. 강자성체의 경우 χ 및 μ는 양수이며 ~10 정도의 매우 큰 값에 도달할 수 있습니다. 3 . 강자성체만이 영구자석이 될 수 있다.
강자성체는 왜 그렇게 강한 자화를 나타냅니까? 열 운동이 자기 모멘트 배열의 질서 확립을 방해하지 않는 이유는 무엇입니까? 이 질문에 답하기 위해 강자성체의 몇 가지 중요한 특성을 살펴보겠습니다.
주 자화 곡선을 좌표 (B, H) (그림 2.10, 곡선 0-1)로 묘사하면 약간 다른 그림을 얻습니다. 이후 J 값에 도달하면 자기 유도가 계속해서 증가합니다. 선형적으로 성장: 
= μ 0 + const, const = μ 0 J us.
강자성체는 다음과 같은 현상이 특징입니다. 히스테리시스(그리스어 히스테리시스에서 유래 – 지연, 지연).
우리는 신체의 자화를 포화 상태로 가져와 외부 전계 강도를 증가시킨 다음 (그림 2.10, 포인트 1) H를 감소시킵니다. 이 경우 종속성 B(H)는 원래 곡선 0-1을 따르지 않습니다. , 그러나 새로운 곡선 1-2. 전압이 0으로 감소하면 물질의 자화와 자기 유도가 사라집니다. Н=0에서 자기 유도는 0이 아닌 값 V ost를 가지며, 이를 다음과 같이 부릅니다. 잔류 유도. B ost에 해당하는 자화 J ost를 다음과 같이 부릅니다. 잔류 자화, 강자성체는 영구자석의 성질을 갖게 된다. V ost 및 J ost는 원래 방향과 반대 방향인 필드의 영향을 받는 경우에만 0이 됩니다. 잔류 자화와 유도가 사라지는 전계 강도 H c의 값을 강제력(라틴어 coercitio - 보유에서 유래) 교번 자기장을 사용하여 강자성체에 계속 작용하면 곡선 1-2-3-4-1을 얻습니다. 히스테리시스 루프. 이 경우 신체의 반응(B 또는 J)은 이를 유발하는 원인(H)보다 뒤처지는 것 같습니다.
Bres ≠ 0인 강자성체는 일정한 자기 모멘트를 가지며 주변 공간에 일정한 자기장을 생성하기 때문에 잔류 자화가 존재하면 영구 자석을 제조할 수 있습니다. 이러한 자석은 그 특성을 더 잘 유지할수록 자석을 구성하는 재료의 보자력이 더 커집니다. 자성 재료는 일반적으로 Hc 값에 따라 다음과 같이 구분됩니다. 자기적으로 부드러운(즉, 10 -2 A/m 정도의 낮은 H를 가지며 따라서 히스테리시스 루프가 좁음) 자기적으로 단단한(~10 5 A/m 및 넓은 히스테리시스 루프를 갖는 H). 변압기 제조에는 연자성 재료가 필요하며, 그 코어는 교류에 의해 지속적으로 재자화됩니다. 변압기 코어의 히스테리시스가 크면 자화 반전 중에 가열되어 에너지가 낭비됩니다. 따라서 변압기에는 가능한 한 히스테리시스가 없는 재료가 필요합니다. 좁은 히스테리시스 루프를 갖는 강자성체에는 철과 니켈의 합금 또는 철과 니켈 및 몰리브덴(퍼멀로이 및 슈퍼멀로이)의 합금이 포함됩니다.
영구 자석을 만드는 데는 자기적으로 단단한 재료(탄소, 텅스텐, 크롬, 알루미늄-니켈강 포함)가 사용됩니다.
강자성체가 강한 자기장, 고온 및 변형에 노출되지 않으면 잔류 영구 자화는 무한정 존재합니다. 음악부터 비디오 프로그램까지 자기 테이프에 기록된 모든 정보는 이러한 물리적 현상 덕분에 저장됩니다.
강자성체의 필수 특징은 투자율과 자화율의 엄청난 값입니다. 예를 들어, 철 μ max ≒ 5000, 퍼멀로이의 경우 – 100000, 슈퍼멀로이의 경우 – 900000입니다. 강자성체의 경우 자화율 및 투자율 값은 자기장 강도 H의 함수입니다(그림 2.11). 전계 강도가 증가함에 따라 μ 값은 먼저 빠르게 μ max로 증가한 다음 감소하여 매우 강한 전계에서 값 μ=1에 접근합니다. 따라서 B = μμ 0 H 공식은 강자성 물질에 대해 유효하지만 B와 H 사이의 선형 관계는 위반됩니다.
두 번째 자기기계적 효과는 다음과 같습니다. 빌라리 효과– 신체가 흔들리거나 변형될 때 신체의 잔류 자화가 변경되거나 심지어 사라지기도 합니다(1865년 E. Villari가 발견). 영구자석은 충격으로부터 보호되어야 하는 것이 바로 이 때문이다.
가열은 변형과 유사한 방식으로 강자성체에 작용합니다. 온도가 증가함에 따라 잔류 자화는 처음에는 약하게 감소하기 시작하고 각 강자성체의 충분히 높은 온도 특성에 도달하면 자화가 0으로 급격히 감소합니다. 그러면 신체는 상자성 상태가 됩니다. 이것이 일어나는 온도 속성 변경, 라고 불리는 퀴리점, 그것을 발견한 P. Curie를 기리기 위해. 철의 경우 퀴리점은 770°C, 코발트의 경우 1130°C, 니켈의 경우 358°C, 가돌리늄의 경우 16°C입니다. 이 전이는 열의 방출이나 흡수를 동반하지 않으며 2차 상전이입니다. 이러한 모든 현상은 강자성체의 구조를 고려할 때 설명을 찾을 수 있습니다.
실험실 작업
상전이 온도 결정
페리자성-상자성
작업의 목표 : 페리자성체(페라이트 막대)의 Neel 온도 결정
간략한 이론적 정보
모든 물질은 자성을 띠고 있습니다. 자기장의 영향으로 자기 모멘트를 얻을 수 있습니다. 따라서 물질은 외부 자기장에 중첩되는 자기장을 생성합니다. 두 필드 모두 결과 필드에 추가됩니다.
자석의 자화는 단위 부피당 자기 모멘트로 특징 지어집니다. 이 양을 자화 벡터라고 합니다.
개별 분자의 자기 모멘트는 어디에 있습니까?
자화 벡터는 다음 관계에 의해 자기장 강도와 관련됩니다.
여기서 는 자화율이라고 불리는 특정 물질의 특성 값입니다.
자기 유도 벡터는 자기장 강도와 관련이 있습니다.
무차원량을 상대 투자율이라고 합니다.
자기 특성에 따라 모든 물질은 세 가지 클래스로 나눌 수 있습니다.
- 자화가 전체 자기장을 증가시키는 상자성체 > 1
- 반자성 재료< 1 в которых намагниченность вещества уменьшает суммарное поле
- 강자성체 >> 1 자화는 총 자기장을 증가시킵니다. 외부 자기장이 없어도 자발적인 자기 모멘트를 갖는 물질은 강자성입니다. 강자성체의 포화자화 나에스물질의 단위 부피당 자발 자기 모멘트로 정의됩니다.
강자성은 3에서 관찰됩니다. 디-금속( Fe, Ni, Co) 그리고 4 에프궤조 (Gd, Tb, Er, Dy, Ho, Tm) 또한 엄청난 수의 강자성 합금이 있습니다. 위에 나열된 9개의 순수 금속만이 강자성을 갖는다는 점은 흥미롭습니다. 다들 미완성인데 디-또는 에프-껍질.
페로 자기적 성질물질은 직경 및 상자성 자석에서 발생하지 않는 이 물질의 원자 사이에 특별한 상호 작용이 있어 이웃 원자의 이온 또는 원자 자기 모멘트가 동일한 방향으로 배향된다는 사실로 설명됩니다. . 물리적 성격교환이라고 불리는 이 특별한 상호 작용은 Ya.I에 의해 확립되었습니다. 20세기 30년대 프렌켈(Frenkel)과 W. 하이젠베르그(W. Heisenberg)는 다음을 바탕으로 했습니다. 양자 역학. 양자 역학의 관점에서 두 원자의 상호 작용에 대한 연구는 원자 상호 작용의 에너지가 나그리고 제이, 스핀 순간이 있음 에스 나 그리고 에스 제이 , 교환 상호작용으로 인한 용어를 포함합니다:
어디 제이교환 적분, 그 존재는 원자의 전자 껍질의 중첩과 관련됩니다 나그리고 제이. 교환 적분의 값은 결정의 원자 간 거리(주기)에 크게 의존합니다. 결정 격자). 강자성체에서 제이>0, J인 경우<0 вещество является антиферромагнетиком, а при 제이=0 상자성. 대사 에너지는 정전기적 에너지에서 유래하지만 고전적인 유사점이 없습니다. 이는 스핀이 평행한 경우와 역평행인 경우 시스템의 쿨롱 상호작용 에너지 차이를 나타냅니다. 이는 파울리 원리의 결과이다. 양자 역학 시스템에서 두 스핀의 상대적 방향 변화는 중첩 영역에서 전하의 공간 분포 변화를 동반해야 합니다. 온도에서 티=0 K이면 모든 원자의 스핀은 온도가 증가함에 따라 동일한 방식으로 방향이 지정되어야 하며 스핀 방향의 순서는 감소합니다. 퀴리온도라는 임계온도가 있습니다. 티와 함께, 개별 스핀 방향의 상관 관계가 사라지면 물질은 강자성체에서 상자성체로 변합니다. 강자성의 출현을 선호하는 세 가지 조건을 확인할 수 있습니다.
- 물질의 원자에 상당한 고유 자기 모멘트가 존재합니다. (이는 미완성 원자에서만 가능합니다. 디-또는 에프-껍질);
- 주어진 결정에 대한 교환 적분은 양수여야 합니다.
- 상태의 밀도 디-그리고 에프-영역이 커야 합니다.
강자성체의 자기 감수성은 퀴리-바이스 법칙:
, 와 함께퀴리 상수.
많은 수의 원자로 구성된 몸체의 강자성은 원자 또는 이온의 자기 모멘트가 평행하고 동일한 방향을 갖는 거시적 물질(도메인)의 존재로 인해 발생합니다. 이들 영역은 외부 자화장이 없는 경우에도 자발적인 자발성을 나타냅니다.
면심 입방 격자를 갖는 강자성체의 원자 자기 구조 모델. 화살표는 원자의 자기 모멘트를 나타냅니다.
외부 자기장이 없는 경우 일반적으로 자화되지 않은 강자성체는 더 많은 수의 도메인으로 구성되며 각 도메인의 모든 스핀은 동일한 방향으로 향하지만 방향 방향은 인접한 도메인의 스핀 방향과 다릅니다. 평균적으로 자화되지 않은 강자성체의 샘플에서는 모든 방향이 동일하게 표현되므로 거시적인 자기장이 얻어지지 않습니다. 단결정에도 도메인이 있습니다. 물질을 도메인으로 분리하는 것은 동일한 방향의 스핀을 갖는 배열보다 에너지가 덜 필요하기 때문에 발생합니다.
강자성체가 외부 장에 배치되면 자기장에 평행한 자기 모멘트는 자기장에 평행하지 않거나 다른 방향으로 향하는 모멘트보다 에너지가 적습니다. 이는 가능하면 다른 도메인을 희생하여 볼륨을 늘리려는 일부 도메인에 이점을 제공합니다. 한 영역 내에서 자기 모멘트의 회전이 발생할 수도 있습니다. 따라서 약한 외부 자기장은 자화에 큰 변화를 일으킬 수 있습니다.
강자성체를 퀴리점까지 가열하면 열 운동으로 인해 자발 자화 영역이 파괴되고 물질은 특별한 자기 특성을 잃어 일반 상자성 자석처럼 거동합니다. 일부 강자성 금속의 퀴리 온도가 표에 나와 있습니다.
물질철 769니 364공동 1121하나님 18
강자성체 외에도 미완성 껍질을 가진 원자의 스핀 자기 모멘트가 역평행 방향으로 배열된 자기적으로 정렬된 물질의 큰 그룹이 있습니다. 위에 표시된 것처럼 이러한 상황은 교환 적분이 음수일 때 발생합니다. 강자성체와 마찬가지로 자기 정렬은 0K에서 Néel 온도라고 하는 특정 임계 N까지의 온도 범위에서 발생합니다. 국부적인 자기 모멘트의 역평행 배향으로 인해 결정의 결과적인 자화가 0이면 반강자성. 이 경우 자기 모멘트가 완전히 보상되지 않으면 다음과 같이 이야기합니다. 페리자성. 가장 일반적인 페리자성체는 다음과 같다. 페라이트이중 금속 산화물. 페라이트의 대표적인 대표자는 자철광(Fe3O4)이다. 대부분의 페리자석은 이온 결정이므로 전기 전도성이 낮습니다. 이는 우수한 자기 특성(높은 투자율, 높은 포화 자화 등)과 함께 기존 강자성체에 비해 중요한 이점입니다. 초고주파 기술에 페라이트를 사용할 수 있게 된 것은 바로 이러한 품질 때문입니다. 전도성이 높은 기존의 강자성 재료는 와전류 형성으로 인한 손실이 매우 크기 때문에 여기서는 사용할 수 없습니다. 동시에 많은 페라이트는 강자성 금속의 퀴리 온도에 비해 매우 낮은 넬점(100~300C)을 갖습니다. 이 연구에서는 페리자성-상자성 전이 온도를 결정하기 위해 특별히 페라이트로 만들어진 막대를 사용했습니다.
작업 완료
실험 설정 계획.
실험 아이디어
이 설치의 주요 부분은 페라이트로 만들어진 개방형 코어가 있는 변압기입니다. 니크롬으로 만들어진 1차 권선은 코어를 가열하는 역할도 합니다. 과열을 방지하기 위해 LATR에서 1차 권선에 전압이 공급됩니다. 유도 전류는 2차 권선에 연결된 전압계를 사용하여 기록됩니다. 단일 열전대인 thermo-emf가 중심 온도를 측정하는 데 사용됩니다. 이는 주변 공기와 열전대 접합부 사이의 온도 차이에 비례합니다. 코어 온도는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다. 티=티 0+23.5, 여기서 - 열 EMF. (밀리볼트 단위), 티실험실 공기 온도가 0입니다.
실험의 아이디어는 다음과 같습니다. 2차 권선에 EMF가 유도됩니다. 나나 - 1차 권선의 전류, 엘- 1차 권선의 인덕턴스 코어가 없는 2차 권선의 인덕턴스는 어디에 있고 코어의 투자율은 어디에 있는지 알려져 있습니다.
투자율은 온도가 증가함에 따라 감소하고 Néel점에 도달하면 급격히 감소합니다. 결과적으로, 유도 EMF와 유도 전류는 모두 도달 시 급격히 감소합니다.
실험 수행
- 그림 1에 표시된 다이어그램에 따라 설치를 조립하십시오. 2.
- LATR 제어 손잡이 설치
- 자기장과 상호 작용하고 변화 및 기타 물리적 현상으로 표현되는 물질 - 물리적 치수, 온도, 전도도, 전위 출현 등의 변화 이러한 의미에서 거의 모든 물질은 자성으로 간주됩니다 ( 그들 중 어느 것이 정확히 0이 아닌 자기 감수성을 갖기 때문에 대부분은 반자성 물질(작은 음의 자기 감수성을 갖고 자기장을 다소 약화시킴) 또는 상자성 물질(작은 양의 자기 감수성을 가짐) 클래스에 속합니다. - 자기장을 다소 강화함) 강자성체는 자기장의 작용과 관련하여 훨씬 더 희귀한 종류의 물질에 대해 더 희귀합니다(더 큰 양의 자기 감수성을 가지며 자기장을 크게 향상시킵니다).
자성재료의 분류 및 요구사항
자성물질, 즉 자석은 자기적 성질을 갖고 있는 물질을 말합니다. 자기 특성은 물질이 자기 모멘트를 획득하는 능력, 즉 자기장에 노출되면 자화됩니다. 이런 의미에서 자연의 모든 물질은 자성을 띠고 있습니다. 왜냐하면 자기장에 노출되면 특정 자기 모멘트를 획득하기 때문입니다. 이 결과로 나타나는 거시적 자기 모멘트 M은 기본 자기 모멘트 mi - 주어진 물질의 원자의 합입니다.
기본 자기 모멘트는 자기장에 의해 유도되거나 자기장이 적용되기 전에 물질에 존재할 수 있습니다. 후자의 경우 자기장은 우선적인 방향을 유발합니다.
다양한 물질의 자기 특성은 원자 내 전자의 이동과 전자와 원자가 영구 자기 모멘트를 가지고 있다는 사실로 설명됩니다.
원자핵 주위의 전자의 회전 운동은 특정 전류 회로의 작용과 유사하며 자기장을 생성합니다. 이 자기장은 충분한 거리에서 자기 모멘트를 갖는 자기 쌍극자의 장으로 나타나며 그 값은 다음과 같이 결정됩니다. 전류와 전류가 흐르는 회로 영역의 곱입니다. 자기 모멘트는 벡터량이며 남극에서 북쪽으로 향합니다. 이 자기 모멘트를 궤도라고합니다.
전자 자체에는 스핀 자기 모멘트라고 불리는 자기 모멘트가 있습니다.
원자는 복잡한 자기 시스템으로, 자기 모멘트는 전자, 양성자 및 중성자의 모든 자기 모멘트의 결과입니다. 양성자와 중성자의 자기 모멘트는 전자의 자기 모멘트보다 훨씬 작기 때문에 원자의 자기 특성은 본질적으로 전자의 자기 모멘트에 의해 결정됩니다. 기술적으로 중요한 재료에서 이는 주로 스핀 자기 모멘트입니다.
원자의 결과적인 자기 모멘트는 원자의 전자 껍질에 있는 개별 전자의 궤도 자기 모멘트와 스핀 자기 모멘트의 벡터 합에 의해 결정됩니다. 이 두 가지 유형의 자기 모멘트는 부분적으로 또는 완전히 상호 보상될 수 있습니다.
자기 특성에 따라 재료는 다음 그룹으로 나뉩니다.
a) 반자성 (반자성),
b) 상자성 (상자성),
c) 강자성체(강자성체),
d) 반강자성체(반강자성체),
e) 페리자성(ferrimagnets),
f) 메타자성(메타자기).
가) 반자석
반자성은 물질에 작용하는 외부 자기장의 방향을 향한 물질의 자화에서 나타납니다.
반자성은 모든 물질의 특징입니다. 어떤 물체가 법칙에 의해 각 원자의 전자 껍질에 있는 자기장에 도입될 때 전자기 유도, 유도된 원형 전류가 발생합니다. 즉, 자기장의 방향을 중심으로 전자의 추가 원형 운동이 발생합니다. 이러한 전류는 렌츠의 법칙에 따라 (원자가 초기에 자체 자기 모멘트를 가졌는지 여부와 방향이 어떻게 지정되었는지에 관계없이) 외부 자기장을 향해 향하는 유도 자기 모멘트를 각 원자에 생성합니다. 순수한 반자성 물질에서는 원자(분자)의 전자 껍질에 영구 자기 모멘트가 없습니다. 그러한 원자의 개별 전자에 의해 생성된 자기 모멘트는 외부 자기장이 없을 때 상호 보상됩니다. 특히 이는 불활성 가스 원자, 수소 및 질소 분자에 전자 껍질이 완전히 채워진 원자, 이온 및 분자에서 발생합니다.
균일한 자기장 내에서 길쭉한 반자성 물질 샘플은 자기장 선(자기 강도 벡터)에 수직으로 배향됩니다. 이는 불균일한 자기장에서 자기장 강도가 감소하는 방향으로 밀려납니다.
반자성 물질 1몰에 의해 획득된 유도 자기 모멘트 I는 외부 전계 강도 H에 비례합니다. 나는 = χН. 계수 χ는 몰 반자성 민감도라고 하며 음의 부호를 갖습니다(I와 H가 서로를 향하기 때문에). 일반적으로 χ의 절대값은 작습니다(~10-6). 예를 들어 헬륨 1몰의 경우 χ = -1.9·10-6입니다.
고전적인 반자성체는 소위 불활성 가스(He, Ne, Ar, Kr 및 Xe)이며, 그 원자는 외부 전자 껍질을 닫았습니다.
반자성에는 액체 및 결정 상태의 불활성 가스도 포함됩니다. 불활성 가스 원자(Li+, Be2+, Al3+, O2- 등)와 유사한 이온을 함유한 화합물; 기체, 액체 및 고체 상태의 할로겐; 일부 금속(Zn, Au, Hg 등). χД = - (1/4) ≒ 0.1인 반자성체, 보다 정확하게는 초반자석은 초전도체입니다. 그 안에서 반자성 효과(외부 자기장을 밀어내는 것)는 표면의 거시적 전류에 의해 발생합니다. 반자성에는 다수의 유기 물질이 포함되어 있으며 다원자 화합물, 특히 고리형 화합물(방향족 등)의 경우 자기 민감도는 이방성입니다(표 6.1).
표 6.1 - 다양한 재료의 반자성 감수성
나) 파라자석
상자성이란 물질(상자성체)이 외부 자기장의 방향으로 자화되는 성질을 말하며, 강자성, 페리자성, 반강자성과는 달리 상자성은 자성 원자 구조와 관련이 없으며 외부 자기장이 없는 경우에 발생합니다. 자기장에서 상자성 자석의 자화는 0입니다.
상자성 현상은 주로 외부 자기장 H의 영향으로 상자성 물질 입자(원자, 이온, 분자)의 고유 자기 모멘트 μ의 방향에 의해 발생합니다. 이러한 모멘트의 특성은 전자의 궤도 운동, 전자의 스핀, 그리고 (적은 정도로) 원자핵의 스핀과 연관될 수 있습니다. μH < kT(T는 절대 온도)에서 상자성 M의 자화는 외부 장에 비례합니다. M = χH(여기서 χ는 자화율). 반자성과 달리 χ< 0, при парамагнетизме восприимчивость положительна; её типичная величина при комнатной температуре (Т ≈ 293 К) составляет 10-7 – 10-4.
상자성 – 상자성 현상이 우세하고 자기 원자 순서가 없는 자석입니다. 상자성체는 외부 자기장의 방향으로 자화됩니다. 매우 낮지 않은 온도(즉, 자기 포화 조건에서 멀리 떨어져 있음)의 약한 자기장에서는 자기장 강도에 의존하지 않는 양의 자기 민감도를 갖습니다. 상자성체의 자유 에너지는 자기장에서 감소하기 때문에, 자기장 구배가 있는 경우 상자성은 더 높은 자기장 강도를 갖는 영역으로 끌어당겨집니다. 반자성의 경쟁과 장거리 자기 질서 또는 초전도성의 출현은 상자성 상태의 물질 존재 영역을 제한합니다.
상자성 물질은 다음 유형의 상자성 캐리어 중 하나 이상을 포함합니다.
A) 여기 에너지 Ei가 있는 여기 상태 또는 바닥에서 보상되지 않은 자기 모멘트를 갖는 원자, 분자 또는 이온<< kТ. Парамагнетики этого типа обладают ориентацией ланжевеновским парамагнетизмом, зависящим от температуры Т по Кюри закону или Кюри – Вейса закону, в них возможно магнитное упорядочение. [Похожий по проявлениям магнетизм неоднородных систем малых ферро- или ферримагнитных однодоменных частиц (кластеров) в жидкостях или твердых матрицах выделен в особый вид – суперпарамагнетизм].
이러한 유형의 운반체는 홀수 원자가의 금속 쌍(Na, Tl)으로 존재합니다. O2 및 NO 분자 가스에서; 자유 라디칼을 가진 일부 유기 분자; 3d-, 4f- 및 5f-원소의 염, 산화물 및 기타 유전 화합물; 대부분의 희토류 금속에서.
B) 여기 에너지 Ei를 갖는 여기 상태에서 궤도 자기 모멘트를 갖는 동일한 입자<< kТ. Для таких парамагнетиков характерен не зависящий от температуры поляризационный парамагнетизм.
이러한 유형의 상자성 캐리어는 d- 및 f-원소의 일부 화합물(Sm 및 Eu 염 등)에서 나타납니다.
B) 부분적으로 채워진 에너지 밴드의 집합화된 전자. 그들은 상대적으로 약하게 온도 의존적인 스핀 파울리 상자성(Pauli paramagnetism)을 특징으로 하며, 이는 일반적으로 전자-전자 상호 작용에 의해 강화됩니다. d-밴드에서 스핀 상자성(spin paramagnetism)은 눈에 띄는 Van Vleck 상자성(Van Vleck paramagnetism)을 동반합니다.
이러한 유형의 캐리어는 알칼리 및 알칼리 토금속, d-금속 및 이들의 금속간 화합물, 악티나이드뿐만 아니라 전도성이 높은 라디칼 이온 유기염에서 우세합니다.
위키의 P/S 자료
상자성 물질은 외부 자기장(JH) 방향으로 외부 자기장에서 자화되고 양의 자기 민감도를 갖는 물질입니다. 상자성 물질은 약한 자성 물질입니다. 투자율은 단위 u > ~ 1과 약간 다릅니다.
상자성(Paramagnetism)이라는 용어는 1845년 마이클 패러데이(Michael Faraday)에 의해 소개되었는데, 그는 강자성을 제외한 모든 물질을 반자성과 상자성으로 구분했습니다.
상자성 물질의 원자(분자 또는 이온)는 자체 자기 모멘트를 가지며, 이는 외부 장의 영향을 받아 장을 따라 방향이 지정되어 외부 장을 초과하는 결과 장을 생성합니다. 상자성 물질은 자기장으로 끌려갑니다. 외부 자기장이 없으면 상자성 물질은 자화되지 않습니다. 열 운동으로 인해 원자의 고유 자기 모멘트가 완전히 무작위로 배향되기 때문입니다.
상자성 물질에는 알루미늄(Al), 백금(Pt), 기타 여러 금속(알칼리 및 알칼리 토금속과 이러한 금속의 합금), 산소(O2), 질소 산화물(NO), 산화 망간(MnO), 철이 포함됩니다. 염화물 (FeCl3) 및 기타.
강자성 및 반강자성 물질은 각각 퀴리 온도 또는 넬 온도(상자성 상태로의 상전이 온도)를 초과하는 온도에서 상자성이 됩니다.
나) 강자성체
강자성체- 특정 임계 온도(퀴리점) 미만에서 원자 또는 이온(비금속 결정)의 자기 모멘트에 장거리 강자성 질서가 확립되는 물질(보통 고체 결정 또는 비정질 상태) 또는 순회 전자의 순간 (금속 결정 내). 즉, 강자성체는 외부 자기장이 없어도 (퀴리점 이하의 온도에서) 자화할 수 있는 물질입니다.
강자성체의 성질
1. 강자성체의 자기 감수성은 양수이며 1보다 훨씬 큽니다.
2. 너무 높지 않은 온도에서 강자성체는 자발적(자발적) 자화를 가지며 이는 외부 영향의 영향으로 크게 변합니다.
3. 강자성체는 히스테리시스 현상이 특징입니다.
4. 강자성체는 자석에 끌린다.
이즈베스티야 라스. 물리 시리즈, 2015, 79권, 8호, p. 1128-1130
UDC 537.622:538.955
위상 전환 연구
박막 FePt1- xRhx PHASE L10의 강자성-상자성
© 2015 A. A. Valiullin1, A. S. Kamzin2, S. Ishio3, T. Hasegawa3, V.R. Ganeev1, L. R. Tagirov1, L. D. Zaripova1
이메일: [이메일 보호됨]
마그네트론 스퍼터링을 통해 서로 다른 Rh 함량(FePtj_xRhx)을 갖는 FePtRh 필름을 얻었습니다. FePtj _xRhx 상 L10의 박막 내 자성구조와 강자성-상자성 상전이를 Rh 함량(0< х < 0.40) в образце. Показано, что при комнатной температуре тонкие пленки FePti _ xRhx при 0 < х < 0.34 находятся в ферромагнитном состоянии с большой энергией магнитокристаллической анизотропии, тогда как при 0.34 < х < 0.4 - в парамагнитном состоянии.
DOI: 10.7868/S0367676515080335
소개
박막 생성과 관련된 자성 재료에 대한 많은 연구는 정보의 자기 기록 밀도를 높이는 것을 목표로 합니다. 일반적으로 기록 밀도의 증가는 자성 필름의 정보 매체인 입자의 크기를 최소화하고 세로 유형의 기록에서 수직 유형의 기록으로 이동함으로써 달성됩니다. 그러나, 과립 크기의 감소는 초상자성 효과의 발생으로 인해 제한되며, 이는 자기 기록 밀도의 증가를 방해합니다. 기록 밀도를 높이는 데 대한 또 다른 제한은 비드 간의 교환 상호 작용입니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 다양한 방법이 사용되는데, 그 중 하나가 구조화된 저장매체를 사용하는 것이다. 기존의 자기 매체에서 기록층은 무작위로 배열된 강자성 합금 입자로 구성됩니다. 구조화된 정보 매체의 경우, 동일한 크기의 강자성 과립 또는 나노점이 비자성 매트릭스에 규칙적으로 배열되어 필름에 생성됩니다. 이 경우 각 포인트는 약간의 정보 역할을 합니다.
1 고등 전문 교육을 위한 연방 주 자치 교육 기관 카잔(볼가 지역) 연방 대학교.
2 연방정부예산과학연구소 A.F.의 이름을 딴 물리기술연구소 Ioffe 러시아 과학 아카데미, 상트페테르부르크.
3 아키타대학 재료공학과
versity, 1-1 Gakuen-machi, Tegata, Akita 010-8502, 일본.
영화 BeR의 지난 10년 동안! LiO 상은 높은 에너지의 결정자기 이방성(Ku ~ 7 107 erg cm-3)을 갖고 있어 구조화된 정보 매체로 사용이 유망하기 때문에 연구자들의 세심한 관심을 끌고 있습니다. 이 경우 초고밀도 자기 기록(UHDM)을 위해서는 자화 용이축(c축)이 필름 평면의 법선 방향을 따라야 합니다.
BeP 필름의 자기 특성을 제어하는 것으로 알려져 있습니다! 아마도 추가 요소를 도입함으로써 가능합니다. BeR 합금에 로듐(RH)을 첨가! 자기결정 이방성 에너지를 크게 줄이지 않고도 박막의 자기 특성을 최적화할 수 있으므로 이 구성 요소를 구조화된 정보 매체로 사용할 수 있습니다.
본 연구에서는 NR(0< х < 0.40) в образце.
1. 실험
얇은 FeP1- 필름은 단결정 MgO(100) 기판 위에 마그네트론 스퍼터링을 통해 얻어졌습니다. 합성된 필름의 두께는 20nm였다(그림 1). 초전도 양자 간섭계를 사용하여 300K에서 자기 특성을 측정했습니다.
강자성-상자성 상전이 연구
Fe^Pt! -xRhx)5()
Mg0(100) 기판
20nm 0.5mm
쌀. 1. 얇은 샘플의 도식적 표현
(SQUID) 및 진동 자력계. 합성된 필름의 자기 구조, 즉 잔류 자화의 방향은 변환 전자 뫼스바우어 분광법(CEMS)을 사용하여 연구되었습니다. Mössbauer 측정은 Rh 매트릭스의 57Co 감마선 소스가 일정한 가속도로 움직이는 분광계에서 수행되었습니다. 변환 전자를 등록하기 위해 He + 5% CH4 가스 혼합물로 채워진 전자 검출기를 사용했으며 여기에 연구 중인 샘플을 넣었습니다. 뫼스바우어 효과를 측정할 때 57Co(Rh) 소스의 감마 방사선은 연구 중인 필름 표면에 수직으로 향했습니다. 분광계의 속도 눈금은 실온에서 알파철박을 사용하여 보정되었으며, 더 높은 정확도를 위해 레이저 간섭계를 사용하여 보정을 수행했습니다. 이성질체 이동의 크기는 금속 a-Fe에 대해 결정되었습니다. 뫼스바우어 스펙트럼의 수학적 처리는 실험적인 뫼스바우어 스펙트럼에서 스펙트럼 선의 위치, 진폭 및 폭을 결정할 수 있는 특수 프로그램을 사용하여 수행되었습니다. 또한, 얻은 데이터를 바탕으로 철 이온 핵의 유효 자기장(Hhf), 사중극자 분할(QS) 및 화학적 이동(CS)을 계산했습니다.
2. 결과 및 논의
그림에서. 그림 2는 연구된 FePt1-xRhx 샘플의 FEM 스펙트럼을 보여줍니다. x = 0에서 FePtx_xRhx의 스펙트럼에는 초미세 장에서 분할되는 Zeeman의 두 번째 및 다섯 번째 선이 없으며 이는 필름 표면에 수직인 자기 모멘트의 방향을 나타냅니다. 이러한 종류의 유효 자기장의 방향을 통해 우리는 자기 결정 이방성의 용이축이 필름 표면에 수직이라는 결론을 내릴 수 있습니다. 선 빼기
x = 0.30 ■ .. .-w^
6 -4 -2 0 2 4 6 속도, mm ■ s-1
쌀. 2. FePtj _박막의 뫼스바우어 스펙트럼
FeP1의 스펙트럼에서 분리된 Zeeman은 속도가 "0"인 영역에서 상자성 상태의 철 이온에 속하는 선이 없음을 보여줍니다. 이는 샘플의 모든 Fe 이온이 자기적으로 정렬된 상태에 있음을 의미합니다.
FeP^ xNRx 필름 구성에서 NR 농도가 증가함에 따라 유효 자기장의 점진적인 감소가 관찰되고 x = 0.4에서 Zeeman 분할 선은 단일선으로 "붕괴"됩니다. 핵 방사선의 농도가 증가함에 따라 샘플 스펙트럼의 이러한 변화는 실온 측정에서 FeP1Ri 시스템이 강자성 상태에서 상자성 상태로 전이하기 때문입니다. 이러한 전이는 P 이온이 로듐 이온으로 대체되고 상자성 클러스터가 나타나기 때문에 발생합니다. 핵 방사선의 농도가 증가함에 따라 이러한 클러스터의 수가 증가하여 궁극적으로 샘플이 상자성 상태로 최종 전환됩니다(그림 3). FEM 스펙트럼의 데이터는 주어진 포화 자화(M) 연구 결과로 확인됩니다.
영화 FePtt_xRhx.
VALIULLINet al.
상자성상
강자성상
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
미스, 에르그 ■ Gs 1500
쌀. 3. Fe50(P1:1 _ xKIx)50 박막의 핵 방사선 농도에 따른 강자성 상의 상대적 함량(강자성 및 상자성 상의 Mössbauer 서브스펙트럼의 상대적 영역에 의해 결정됨).
그림의 미. 4. 그림은 x가 증가함에 따라 M의 단조로운 감소가 관찰됨을 보여줍니다.
마그네트론 스퍼터링 방법을 사용하여 다양한 NR(FeP^_xRbx) 함량을 갖는 20 nm 두께의 FePIR 필름을 얻었습니다. 여기서 x는 0에서 0.4까지 다양합니다. x = 0에서 필름은 실온에서 강자성을 가지며, 자기결정 이방성의 용이축은 필름 표면에 수직으로 향한다는 것이 확립되었습니다. 실온에서 FeP^ xRiH의 강자성 배열은 로듐 함량 x 범위에서 보존됩니다.< 0.32 с сохранением большой энергией магнитокристаллической анизотропии и обусловленной ею перпендикулярной ориентацией намагниченности. В изученном интервале 0.34 < х < 0.4 пленка БеР^ _ хКЬх находится в парамагнитном состоянии. Намагниченность насыщения для 0 < х < 0.32 находится в интервале 1000 >M > 500 에르그 ■ Gs-1 ■ cm-3.
이 작업은 러시아 기초연구재단(보조금 번호 14-02-91151)의 재정적 지원과 부분적인 지원을 받아 수행되었습니다.
J_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I
쌀. 4. RR의 농도에 따른 Fe50(P111_xRAIx)50박막에서 300K 온도에서 측정한 포화자화(Ma).
러시아 연방 교육과학부가 자금을 지원하는 카잔 연방대학교 경쟁력 향상 프로그램을 지원합니다.
서지
1. Kryder M.H., Gage E.C., McDaniel T.W., Challener W.A., Rottmayer R.E., Ju G, Hsia Y, Erden M.F. //프로세스 IEEE. 2008. V. 96. No. 11. P. 1810.
2. Yuasa S., Miyajima H., Otani Y. // J. Phys. Soc. 일본. 1994. V. 63. P. 3129.
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4. Ivanov O.A., Solina L.V., Demshina V.A., Magat L.M. //FMM. 1973. T. 35. P. 92.
5. Kamzin A.S., Grigoriev L.A. // ZhTF에게 보내는 편지. 1990. T. 16. No. 16. P. 38.
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KARAMAN I., KIREEVA I.V., KRETININA I.V., KUSTOV S.B., PICORNELL K., POBEDERENNAYA Z.V., PONS J., CAESARI E., CHUMLYAKOV Y.I. - 2010
작업의 목표: 2차 강자성체-상자성체 상전이에 대한 연구, 온도에 대한 자발 자화의 의존성 결정 및 Curie-Weiss 법칙 검증.
소개
자연에는 상변태라고 불리는 물질의 상태에 다양한 급격한 변화가 있습니다. 이러한 변환에는 용융 및 응고, 증발 및 응축, 금속의 초전도 상태로의 전이 및 역전이 등이 포함됩니다.
상전이 중 하나는 철족 금속, 일부 란탄족 원소 및 기타 물질과 같은 일부 물질에서 강자성 상태에서 상자성 상태로 변환되는 것입니다.
강자성-상자성 전이는 재료 과학에서의 중요성뿐만 아니라 매우 간단한 모델(Ising 모델)을 사용하여 연구할 수 있기 때문에 우리 시대에 널리 연구되고 있습니다. 수학적으로 가장 세부적인 것, 여전히 누락된 것을 만드는 데 중요한 것은 무엇입니까? 일반 이론위상 전환.
이 연구에서는 2차원 결정 격자의 강자성-상자성 전이를 조사하고, 자발적 자화의 온도 의존성을 연구하고, 퀴리-바이스 법칙을 검증합니다.
자성재료의 분류
모든 물질은 어느 정도 자기 특성을 가지고 있습니다. 즉 자석입니다. 자석은 두 개의 큰 그룹, 즉 고자성 물질과 약한 자성 물질로 나뉩니다. 강자성 물질은 외부 자기장이 없어도 자기적 특성을 가지고 있습니다. 여기에는 강자성체, 반강자성체, 페리자성체가 포함됩니다. 약한 자성 물질은 외부 자기장이 있어야만 자기 특성을 얻습니다. 그들은 반자성과 상자성으로 구분됩니다.
반자성체에는 외부 자기장이 없을 때 원자나 분자에 자기 모멘트가 없는 물질이 포함됩니다. 이러한 물질의 원자는 들어오는 전자의 궤도와 스핀 모멘트가 서로 정확하게 보상되도록 배열됩니다. 반자성 물질의 예로는 원자가 닫힌 전자 껍질만 가지고 있는 불활성 가스가 있습니다. 전자기 유도 현상으로 인해 외부 자기장이 나타나면 반자성 물질의 원자는 자화되고 렌츠의 법칙에 따라 자기장에 반대되는 자기 모멘트를 얻습니다.
상자성 물질에는 원자의 자기 모멘트가 0이 아닌 물질이 포함됩니다. 외부 필드가 없으면 이러한 자기 모멘트는 혼란스러운 열 운동으로 인해 무작위로 방향이 지정되므로 결과적으로 상자성의 자화는 0이 됩니다. 외부 필드가 나타나면 원자의 자기 모멘트는 주로 필드를 따라 배향되므로 결과적인 자화가 나타나며 그 방향은 필드의 방향과 일치합니다. 자기장 내의 상자성 원자 자체는 반자성 원자와 동일한 방식으로 자화되지만 이 효과는 항상 모멘트의 방향과 관련된 효과보다 약하다는 점에 유의해야 합니다.
강자성체의 주요 특징은 자발적인 자화가 존재한다는 것인데, 이는 외부 자기장이 없어도 강자성체가 자화될 수 있다는 사실에서 나타납니다. 이는 인접한 강자성 원자 쌍의 상호 작용 에너지가 자기 모멘트의 상호 방향에 따라 달라지기 때문입니다. 한 방향으로 향하면 원자의 상호 작용 에너지가 더 적고 반대 방향이면 , 그러면 더 큽니다. 힘의 언어로 말하면, 자기 모멘트 사이에 단거리 힘이 작용하여 이웃 원자가 주어진 원자 자체의 자기 모멘트와 동일한 방향을 갖도록 강제한다고 말할 수 있습니다.
강자성체의 자발 자화는 온도가 증가함에 따라 점차 감소하며 특정 임계 온도(퀴리점)에서는 0이 됩니다. 더 높은 온도에서 강자성체는 자기장 내에서 상자성체처럼 행동합니다. 따라서 퀴리점에서는 강자성 상태에서 상자성 상태로의 전이가 발생하는데, 이는 2차 상전이 또는 연속적인 상전이입니다.
이싱 모델
자기 및 원자 순서를 연구하기 위해 간단한 Ising 모델이 만들어졌습니다. 이 모델에서는 이상적인 결정 격자의 노드에 원자가 진동하지 않고 움직이지 않고 위치한다고 가정합니다. 격자 노드 사이의 거리는 일정하며 온도나 자화에 의존하지 않습니다. 즉, 이 모델에서는 고려되지 않습니다. 열 팽창입체.
Ising 모델의 자기 모멘트 사이의 상호 작용은 원칙적으로 가장 가까운 이웃 사이에서만 고려됩니다. 이 상호작용의 크기는 온도 및 자화와도 무관하다고 믿어집니다. 상호 작용은 일반적으로(항상은 아니지만) 중심적이고 쌍으로 간주됩니다.
그러나 이러한 간단한 모델에서도 강자성-상자성 상전이에 대한 연구는 엄청난 수학적 어려움에 직면합니다. 일반적인 경우의 3차원 아이싱 문제에 대한 정확한 해는 아직 얻어지지 않았으며 이 문제에서 어느 정도 정확한 근사치를 사용하면 계산상 큰 어려움이 발생하고 능력이 한계에 도달했다고 말하면 충분합니다. 심지어 현대 컴퓨터 기술의 경우에도 마찬가지입니다.
엔트로피
2차원 Ising 격자의 자석을 고려해 보겠습니다(그림 1). 노드가 정사각형 격자를 형성하도록 합니다. 위쪽으로 향하는 자기 모멘트는 다음과 같이 표시됩니다. ㅏ, 그리고 아래 – 비.
쌀. 1
상향 자기 모멘트의 수는 다음과 같습니다. N ㅏ, 그리고 아래 – N 비, 총 순간 수는 다음과 같습니다. N. 분명하다
N ㅏ + N 안에 = N. (1)
배치할 수 있는 방법의 수 N ㅏ일종의 순간들 ㅏ그리고 N 비일종의 순간들 안에에 의해 N노드는 이러한 모든 노드의 순열 수와 같습니다. 즉, 다음과 같습니다. N!. 그러나 이 전체 중에서 서로 동일한 자기 모멘트의 모든 순열은 새로운 상태로 이어지지 않습니다(이를 구별할 수 없는 순열이라고 합니다). 즉, 순간을 배치하는 방법의 수를 찾으려면 다음이 필요합니다. N! 구별할 수 없는 순열의 수로 나눈 값입니다. 따라서 우리는 값을 얻습니다.
. (2)
이 양은 주어진 자화를 갖는 거시상태에 해당하는 미시상태의 총 수, 즉 거시상태의 통계적 가중치입니다.
계산할 때 통계적 가중치공식 (2)에 따르면, 일부 격자 사이트에서 특정 자기 모멘트의 출현은 원자가 이웃 사이트에서 갖는 자기 모멘트에 의존하지 않는다는 사실로 구성된 상당히 강력한 근사치가 만들어졌습니다. 실제로 입자 간의 상호 작용으로 인해 모든 방향의 모멘트를 가진 원자는 동일한 자기 모멘트를 가진 원자로 자신을 둘러싸려고 "시도"하지만 이는 공식 (2)에서 고려되지 않습니다. 이 경우 순간 배열의 상관관계를 고려하지 않는다고 합니다. 자기 이론의 이러한 근사를 브래그-윌리엄스 근사라고 합니다. 상관관계를 고려하는 문제는 가장 큰 문제 중 하나입니다. 복잡한 문제서로 상호 작용하는 입자 집합을 다루는 모든 이론에서.
스털링 공식 ln을 적용하면 N! N (ln N – 1), 큰 사람들에게는 공평하다 N, 그러면 식 (2)에서 자기 모멘트의 위치와 관련된 엔트로피에 대한 표현식을 얻을 수 있습니다(구성 엔트로피라고 함).
자기 모멘트가 "위"로 나타날 확률을 소개하겠습니다. 
. 마찬가지로 하향 자기 모멘트가 나타날 확률을 입력할 수 있습니다. 
. 그러면 엔트로피 표현식은 다음과 같이 작성됩니다.
공식 (1)에서 위에 소개된 확률은 다음 관계에 의해 관련됩니다.
.
(3)
소위 장거리 주문 매개변수를 소개하겠습니다.
(4)
그런 다음 공식 (3)과 (4)에서 순서 매개변수를 통해 모든 확률을 표현할 수 있습니다.
이러한 관계를 엔트로피 표현으로 대체하면 다음을 얻습니다.
. (6)
장거리 주문 매개변수 의 물리적 의미를 알아봅시다. 자석의 자화 중우리 모델에서는 자기 모멘트의 두 가지 가능한 방향 중 하나를 갖는 과잉 원자에 의해 결정되며 다음과 같습니다.
어디 
, 어디 중최대 =
N
– 모든 자기 모멘트의 평행 방향으로 달성되는 최대 자화( – 한 원자의 자기 모멘트 값). 따라서 차수 매개변수 는 상대 자화이며 -1에서 +1까지 다양합니다. 차수 매개변수의 음수 값은 자기 모멘트의 우선 방향 방향만 나타냅니다. 외부 자기장이 없는 경우 차수 매개변수 값 +
–는 물리적으로 동일합니다.
에너지
원자는 서로 상호 작용하며 이러한 상호 작용은 상당히 짧은 거리에서만 관찰됩니다. 이론적 고려에서는 서로 가장 가까운 원자 간의 상호 작용만 고려하는 것이 가장 쉽습니다. 외부 필드가 없도록 하십시오( N = 0).
이웃한 원자들만 상호작용하도록 놔두세요. 동일한 방향의 자기 모멘트(둘 다 "위" 또는 둘 다 "아래")를 갖는 두 원자의 상호 작용 에너지를 다음과 같다고 가정합니다. V(매력은 부정적인 에너지에 해당), 반대 방향 + V.
각 원자가 다음과 같은 결정을 갖도록 결정하십시오. 지 가장 가까운 이웃(예: 단순 입방 격자에서) 지 = 6, 체심 입방체 지 = 8, 정사각형 지 = 4).
자기 모멘트가 즉각적인 환경과 함께 "위로" 향하는 하나의 원자의 상호 작용 에너지(즉, 지 피 ㅏ순간 "위"와 함께 지 피 비우리 모델의 순간 "다운")은 다음과 같습니다. V 지 (피 ㅏ – 피 비). "하향" 모멘트를 갖는 원자에 대한 유사한 값은 다음과 같습니다. V 지 (피 ㅏ – 피 비). 동시에 우리는 엔트로피 공식을 도출하는 데 이미 사용되었던 Bragg-Williams 근사를 다시 사용했으며 원자 배열의 상관 관계를 고려하지 않았습니다. 일부 격자 위치의 특정 자기 모멘트는 원자가 이웃 노드에 갖는 자기 모멘트에 의존하지 않습니다.
이 근사에서 자석의 총 에너지는 다음과 같습니다.
여기서 모든 이웃 원자의 상호 작용이 두 번 고려되지 않도록 요소 ½이 나타났습니다.
표현하다 N ㅏ그리고 N 비확률을 통해 다음을 얻습니다.
.
(7)
평형 방정식
상호작용의 에너지는 시스템이 완전한 질서를 확립하려는 경향을 반영합니다. 완벽한 순서로(우리의 경우 = 1) 에너지가 최소화되어 열 운동이 없을 때 안정적인 평형에 해당합니다. 반대로 시스템의 엔트로피는 최대 분자 혼돈과 최대 열 운동을 향한 경향을 반영합니다. 열 운동이 강할수록 엔트로피는 커지며, 분자 간 상호 작용이 없으면 계는 최대 엔트로피로 최대 혼돈을 일으키는 경향이 있습니다.
실제 시스템에서는 이러한 경향이 모두 존재하며 이는 열역학적 평형 상태의 일정한 부피와 온도에서 극한(최소) 값에 도달하는 것은 에너지나 엔트로피가 아니라 헬름홀츠라는 사실에서 나타납니다. 자유에너지:
에프 = 유 – 티 에스.
우리의 경우, 공식 (6)과 (7)로부터 다음을 얻을 수 있습니다:
열역학적 평형 상태에서 정렬 정도는 자유 에너지가 최소가 되도록 해야 하므로 극값에 대한 함수 (8)을 조사하여 에 대한 도함수를 취하여 0과 동일시해야 합니다. 따라서 평형 조건은 다음과 같은 형식을 취합니다.
. (9)
이 방정식에서 
– 무차원 온도.
쌀. 2
방정식 (9)는 초월적이며 수치적 방법으로 풀 수 있습니다. 그러나 그 솔루션은 그래픽으로 탐색할 수 있습니다. 이렇게 하려면 방정식의 왼쪽과 오른쪽에 함수 그래프를 작성해야 합니다. 다른 의미매개변수 . 이에 따라 이러한 기능을 표시합시다. 에프 1과 에프 2
(그림 2).
기능 에프 1은 매개변수 에 의존하지 않으며 두 개가 있는 곡선입니다. 수직 점근선변수 의 값은 +1 및 -1과 같습니다. 이 함수는 단조롭게 증가합니다. 이상합니다. 원점에서의 도함수는 다음과 같습니다. 
. 기능 에프 2
좌표 원점을 통과하는 직선으로 표시되며 기울기는 매개변수 에 따라 달라집니다. 가 작을수록 경사각의 접선이 더 커집니다. 
.
1이면, 
, 그러면 곡선은 원점에서만 교차합니다. 즉, 이 경우 방정식 (9)에는 하나의 해만 있습니다 =
0. 1에서 곡선은 세 점에서 교차합니다. 즉, 방정식 (9)에는 3개의 해가 있습니다. 그 중 하나는 여전히 0이고 나머지 두 개는 부호만 다릅니다.
A에 대한 영 해법은 다음과 같습니다. 안에(즉, "상승" 및 "하락" 순간).
값 = 1을 대체하면 방정식 (9)에서 두 가지 유형의 솔루션을 분리하는 온도 값을 얻습니다.
.
이 온도를 강자성-상자성 전이 온도 또는 퀴리점 또는 간단히 임계 온도라고 합니다.
낮은 온도에서 자석은 규칙적인 강자성 상태로 존재하고, 높은 온도에서는 원자의 자기 모멘트 배열에 장거리 질서가 없으며 물질은 상자성입니다. 이 전이는 2차 상 전이입니다. 차수 매개변수 는 온도가 증가함에 따라 점차 감소하고 임계점에서 0이 됩니다.
방정식 (9)를 풀어서 얻은 감소된 온도 에 대한 차수 매개변수 의 의존성은 다음과 같습니다.
쌀. 삼.
외부 장의 강자성체에 대한 자유 에너지(8)는 다음과 같이 기록됩니다.
쌀. 삼
여기서 는 원자의 자기 모멘트입니다. 이 공식에서 두 번째 항은 원자의 자기 모멘트와 외부 자기장의 상호 작용 에너지를 나타냅니다. 
. 자기장 내에서 강자성체의 일반적인 경우는 수학적으로 연구하기 매우 어렵습니다. 우리는 퀴리점 이상의 온도에 있는 강자성체만 고려하도록 하겠습니다. 그러면 (9)와 유사한 평형 방정식은 다음과 같은 형식을 취합니다.
.
퀴리점보다 훨씬 높은 온도에서 관찰되는 약한 자화의 경우로 제한해 보겠습니다.
(티 ≫ 티 C) 약한 자기장. `` 1의 경우, 이 방정식의 왼쪽은 선형 항으로 제한되는 계열로 확장될 수 있습니다. 즉,
ln (1+) . 그럼 2 KT = Н +2 케이티 C 및 자화 
, 즉 상자성 민감성 
. 따라서 약한 자기장에서 퀴리점 이상의 온도에서 강자성체의 민감도는 ( 티 – 티 C), 즉 이론과 실험적인 퀴리-바이스 법칙 사이에 일치가 있습니다.
작품 설명
아직도 컴퓨터에서 실험실 작업그림에 표시됩니다. 4. 강자성체는 "위" 및 "아래" 자기 모멘트가 위치한 100개의 노드로 구성된 단순한 정사각형 격자 조각으로 모델링되었으며 각각 방향 화살표로 표시됩니다. 자석의 온도는 감소된 단위로 설정됩니다. 
그리고 외부 자기장의 세기.
두 가지 운동을 해야 합니다. 첫 번째로는 외부 자기장이 없을 때 온도에 대한 자화의 의존성을 결정하는 것이 필요합니다. 두 번째 연습에서는 퀴리점 이상의 온도에서 외부 장에 의한 자석의 자화를 조사하고 퀴리-바이스 법칙을 확인해야 합니다.
진전
1. "RESET" 버튼을 누르면 "START" 버튼이 나타납니다.
2. 필요한 전계 강도 값을 설정합니다. N그리고 온도 감소 
.
3. "START(시작)" 버튼을 누르면 강자성체 이미지가 나타납니다. 여기에서 "위" 및 "아래" 자기 모멘트 수가 지정된 매개변수에 의해 결정됩니다. 해당 창에 "up" 자기 모멘트 수가 표시됩니다.
4. 주문 매개변수의 값을 계산합니다. 총 자기 모멘트 수는 100이라는 점을 명심해야 합니다.
5. 다른 필드 강도 및 온도 값에 대해 위에서 설명한 실험을 수행하고 매번 차수 매개변수를 계산합니다.
6. 2~10 단위(4~5 값) 범위의 전계 강도 값과 4~15~20(4~5 값) 범위의 주어진 온도를 선택하는 것이 좋습니다.
7. 각 온도에 대해 전계 강도에 대한 자화의 의존성을 플롯하고 해당 그래프의 기울기로 주어진 온도에서의 자화율을 결정합니다.
8. 비율에 대한 감수성의 의존성 그래프를 구성하는 Curie-Weiss 법칙의 구현을 평가합니다. 
. Curie-Weiss 법칙에 따르면 이러한 의존성은 선형이어야 합니다.
9. 자기장 강도에서 감소된 온도에 대한 자화의 의존성을 플롯합니다. N =퀴리점 이하의 온도에서는 0입니다(주어진 온도 값은 0.5에서 1 사이의 범위에서 취해야 합니다).
통제 질문
고자성 물질이라고 불리는 물질은 무엇입니까?
자발자화란 무엇입니까?
강자성체가 자발적으로 자화되는 이유는 무엇입니까?
퀴리점 이상의 온도에서 강자성체란 무엇입니까?
상자성 물질은 왜 자발적인 자화를 갖지 않습니까?
Ising 모델의 주요 특징은 무엇입니까?
장거리 질서 정도의 물리적 의미는 무엇입니까?
자기 모멘트 사이의 상호 작용의 본질은 무엇입니까?
브래그-윌리엄스 근사는 무엇이며 이 근사가 자기 모멘트 배열의 상관 관계를 고려하지 않는다는 것은 무엇을 의미합니까?
강자성체의 엔트로피는 어떻게 결정됩니까?
강자성체의 열역학적 평형 조건은 무엇입니까?
평형 방정식의 그래픽 솔루션.
퀴리 온도는 무엇에 달려 있습니까?
퀴리-바이스 법칙이란 무엇입니까?
강자성체의 자화가 온도에 미치는 영향을 어떻게 연구할 수 있습니까?
퀴리점 위의 강자성체의 자화율을 어떻게 결정합니까?
