Сила магнетизму визначається так званим “магнітним моментом” – дипольним моментом всередині атома, який виходить з кутового моменту і спина електронів. Матеріали мають різні структури власних магнітних моментів, які залежать від температури. Точка Кюрі – це температура, при якій змінюються власні магнітні моменти матеріалу.
Постійний магнетизм обумовлений вирівнюванням магнітних моментів, і індукований магнетизм створюється, коли невпорядковані магнітні моменти змушені вирівнюватися в прикладеному магнітному полі. Наприклад, впорядковані магнітні моменти (феромагнітні) змінюються і стають неупорядкованими (парамагнитными) при температурі Кюрі. Більш високі температури роблять магніти слабкіше, оскільки спонтанний магнетизм відбувається тільки нижче температури Кюрі – це одна з головних особливостей таких спонтанних явищ. Магнітна сприйнятливість вище температури Кюрі може бути розрахована за законом Кюрі-Вейсса, який отримано з закону Кюрі.
Використання і формули
За аналогією з феромагнітними і парамагнитными матеріалами температуру Кюрі можна також використовувати для опису фазового переходу між сегнетоэлектричеством і параэлектричеством. У цьому контексті параметр порядку представляє собою електричну поляризацію, яка переходить від кінцевого значення до нуля, коли температура підвищується вище температури Кюрі.
Магнітні моменти являють собою постійні дипольні моменти всередині атома, які містять електронний момент по співвідношенню μl = el / 2me, де me – маса електрона, μl – магнітний момент, l ì – момент кількості руху, без якого важко вирахувати температуру Кюрі; це відношення називається гиромагнитным.
Електрони в атомі вносять магнітні моменти з власного кутового моменту і з їх орбітального моменту навколо ядра. Магнітні моменти від ядра незначні на відміну від магнітних моментів від електронів. Теплові вклади призводять до появи більш високих енергій електронів, які порушують порядок та руйнування вирівнювання між диполями.
Особливості
Феромагнітні, парамагнітні, феромагнітні і антиферромагнитные матеріали мають різні структури магнітного моменту. При певній температурі Кюрі матеріалу ці властивості змінюються. Перехід від антиферомагнітного до парамагнітного (або навпаки) відбувається при температурі Нееля, яка аналогічна температурі Кюрі – це, по суті, головна умова такого переходу.
Феромагнітна, парамагнітна, ферримагнитная і антиферомагнітна структури складаються з власних магнітних моментів. Якщо всі електрони всередині структури спарені, ці моменти компенсуються з-за їх протилежних спінів і кутових моментів. Таким чином, навіть при накладанні магнітного поля ці матеріали мають різні властивості і не мають температури Кюрі – для заліза, наприклад, використовується зовсім інша температура.
Матеріал парамагнитен тільки вище його температури Кюрі. Парамагнітні матеріали немагнитны, коли магнітне поле відсутнє і магнітно при накладанні магнітного поля. Коли магнітне поле відсутнє, матеріал має невпорядковані магнітні моменти; тобто атоми асиметричні і не вирівняні. Коли присутній магнітне поле, магнітні моменти тимчасово перебудовуються паралельно додається поля, атоми симетричні і вирівняні. Магнітні моменти, вирівняні в одному напрямку, є причиною індукованого магнітного поля.
Для парамагнетизму ця реакція на прикладене магнітне поле позитивна і відома як магнітна сприйнятливість. Магнітна сприйнятливість застосовується тільки вище температури Кюрі для невпорядкованих станів.
За межами точки Кюрі
Вище температури Кюрі атоми збуджуються, і орієнтації спінів стають рандомізовані, але можуть бути перебудовані прикладеним полем, тобто матеріал стає парамагнітним. Все, що нижче температури Кюрі, – це простір, внутрішня структура якого вже зазнала фазовий перехід, атоми упорядковані і сам матеріал став феромагнітною. Магнітні поля, індуковані парамагнитными матеріалами, дуже слабкі в порівнянні з магнітними полями феромагнітних матеріалів.
Матеріали тільки ферромагнитны нижче їх відповідних температур Кюрі. Феромагнітні матеріали є магнітними за відсутності прикладеного магнітного поля.
Коли магнітне поле відсутнє, матеріал має спонтанну намагніченість, що є результатом впорядкованих магнітних моментів. Тобто для ферромагнетизма атоми симетричні і вирівняні в одному напрямку, створюючи постійне магнітне поле.
Температура кюрі для феромагнетиків
Магнітні взаємодії утримуються разом обмінними взаємодіями; інакше теплової безлад подолав би слабка взаємодія магнітних моментів. Обмінна взаємодія має нульову ймовірність паралельних електронів, що займають одну і ту ж точку в часі, що передбачає переважний паралельне вирівнювання в матеріалі. Фактор Больцмана вносить значний внесок, оскільки він воліє, щоб взаємодіючі частинки були вирівняні в одному напрямку. Це призводить до того, що феромагнетики мають сильні магнітні поля і високі визначення температури Кюрі близько 1000 К.
Феромагнітні матеріали є магнітними за відсутності прикладеного магнітного поля і складаються з двох різних іонів.
Спонтанний магнетизм
Коли магнітне поле відсутнє, матеріал має спонтанний магнетизм, який є результатом впорядкованих магнітних моментів; тобто для ферримагнетизма магнітні моменти одного і того ж іонного моменту вирівняні в одному напрямку з визначеною величиною, а магнітні моменти іншого іона направлені у протилежному напрямі з іншою величиною. Оскільки магнітні моменти мають різні величини в протилежних напрямках, існує спонтанний магнетизм і присутній магнітне поле.
Що відбувається нижче точки Кюрі?
Як стверджує сучасна сегнетоэлектрика, температура Кюрі має свої обмеження. Подібно феромагнітною матеріалів магнітні взаємодії утримуються разом обмінними взаємодіями. Однак орієнтації моментів є антипараллельными, що призводить до чистих імпульсом, віднімаючи їх імпульс один від одного.
Нижче температури Кюрі атоми кожного іона вирівняні паралельно з різними імпульсами, що викликають спонтанний магнетизм; матеріал є ферримагнитным. Над температурою Кюрі матеріал парамагнитен, оскільки атоми втрачають свої впорядковані магнітні моменти, коли матеріал зазнає фазового переходу.
Температура Нееля і магнетизм
Матеріал має рівні магнітні моменти, вирівняні в протилежних напрямках, що призводить до нуля магнітного моменту і нульового магнетизму при всіх температурах нижче температури Неєля. Антиферромагнитные матеріали слабо намагнічені у відсутність магнітного поля.
Подібно феромагнітною матеріалів магнітні взаємодії утримуються разом обмінними взаємодіями, що запобігають теплової безлад від подолання слабких взаємодій магнітних моментів. Коли відбувається безлад, він знаходиться при температурі Неєля.
