Ферромагнетики примеры: Понятие и назначение ферромагнетиков, их характерные свойства

Содержание

Понятие и назначение ферромагнетиков, их характерные свойства

По магнитным свойствам все вещества делятся на: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.

Особыми магнитными свойствами обладают вещества, называемые ферромагнетиками. Ферромагнетики – вещества, которые значительно усиливают внешнее магнитное поле. Магнитная проницаемость ферромагнитных материалов может достигать значений в несколько сотен тысяч, то есть ферромагнитные материалы способны усиливать внешнее магнитное поле в сотни тысяч раз.

Ферромагнитными свойствами обладают железо, никель, кобальт и некоторые сплавы.

Природа внутриатомных магнитных полей, способных ориентироваться и упорядочиваться под действием внешнего магнитного поля, у ферромагнетиков связана не с движением электронов вокруг атомных ядер, а с внутренними магнитными полями самих электронов.

Исследование свойств элементарных частиц показало, что все частицы, обладающие электрическими зарядами, имеют и собственные магнитные поля.

Заряженные частицы подобны круговым электрическим токам. Все элементарные частицы одного вида обладают совершенно одинаковыми магнитными полями. Собственное магнитное поле электрона значительно сильнее магнитного поля, создаваемого электроном при его движении вокруг ядра. По этой причине ферромагнетики, в которых внешне поле усиливается благодаря сложению собственных магнитных полей электронов, обладают значительно большей магнитной проницаемостью, чем парамагнетики. Магнитная проницаемость ферромагнетика m = В/Н непостоянна и зависит от напряженности магнитного поля

Для более глубокого понимания природы ферромагнетизма необходимо выяснить ещё один вопрос. Если ферромагнитные свойства обусловлены действием собственных магнитных полей электронов, то почему же тогда этими свойствами не обладают все вещества? Ведь электроны есть в составе всех атомов.

Большинство веществ не обладает ферромагнитными свойствами, потому что при заполнении электронных оболочек атомов электроны располагаются таким образом, что их магнитные поля направлены противоположно и компенсируют друг друга. При таком расположении электронов их потенциальная энергия взаимодействия минимальна.

Если атомы имеют нечётное число электронов на оболочках, то магнитные поля неспаренных электронов взаимно компенсируются при соединении в молекулы или при объединении атомов в кристалл.

Атомы железа, никеля, кобальта в кристаллах располагаются таким образом, что собственные магнитные поля неспаренных электронов оказываются направленными параллельно друг другу и внутри кристалла образуются микроскопические намагниченные области – домены. В разных доменах ориентация магнитного поля различна, их суммарное магнитное поле равно нулю. При помещении во внешнее магнитное поле внутренние магнитные поля доменов ориентируются по направлению внешнего поля, ферромагнетик намагничивается.

Упорядоченное расположение магнитных полей электронов в доменах ферромагнетиков при достаточно высокой температуре разрушается беспорядочными тепловыми колебаниями атомов в узлах кристаллической решётки. Температура , выше которой ферромагнитное вещество теряет свои ферромагнитные свойства, называется температурой Кюри. Железо, например, перестаёт быть ферромагнетиком при температуре 770˚С, никель – при температуре 356˚.

Ферромагнитные материалы условно можно разделить на два типа: магнито-мягкие и магнито-жёсткие материалы. Магнито-мягкими называют такие ферромагнитные материалы, у которых после прекращения действия внешнего магнитного поля собственное магнитное поле почти полностью исчезает, вещество размагничивается. Из магнито-мягких материалов изготавливаются сердечники трансформаторов, электромагнитов.

Магнито-жёсткие материалы используются для изготовления постоянных магнитов, магнитных лент и дисков для магнитной записи и хранения информации.

Остались вопросы? Хотите знать больше о ферромагнетиках?
Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь.
Первый урок – бесплатно!

Зарегистрироваться

© blog.tutoronline.ru, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Свойства и использование ферромагнетиков

Рассмотрим основные области применения ферромагнетиков, а также особенности их классификации. Начнем с того, что ферромагнетиками называют твердые вещества, которые обладают при невысоких температурах неконтролируемой намагниченностью. Она меняется под воздействием деформации, магнитного поля, температурных колебаний.

Свойства ферромагнетиков

Применение ферромагнетиков в технике объясняется их физическими свойствами. Они обладают магнитной проницаемостью, которая превышает во много раз проницаемость вакуума. В связи с этим все электротехнические устройства, в которых используются магнитные поля для преобразования одного вида энергии в другой, имеют специальные элементы, выполненные из ферромагнитного материала, способного проводить магнитный поток.

Особенности ферромагнетиков

Какими отличительными характеристиками обладают ферромагнетики? Свойства и применение этих веществ объясняется особенностями внутреннего строения. Существует прямая зависимость между магнитными свойствами вещества и элементарными носителями магнетизма, в роли которых выступают электроны, движущиеся внутри атома.

Во время движения по круговым орбитам они создают элементарные токи и магнитные диполи, имеющие магнитный момент. Его направление определяется по правилу буравчика. Магнитный момент тела является геометрической суммой всех частей. Помимо вращения по круговым орбитам, электроны также движутся вокруг собственных осей, создавая спиновые моменты. Именно они выполняют важную функцию в процессе намагничивания ферромагнетиков.

Практическое применение ферромагнетиков связано с образованием в них самопроизвольных намагниченных областей, у которых параллельная ориентация спиновых моментов. Если ферромагнетик на располагается во внешнем поле, в таком случае отдельные магнитные моменты имеют разные направления, их сумма равна нулю и отсутствует свойство намагниченности.

Отличительные черты ферромагнетиков

Если парамагнетики связаны со свойствами отдельных молекул или атомов вещества, то ферромагнитные свойства можно объяснить спецификой кристаллического строения. Например, в парообразном состоянии атомы железа незначительно диамагнитны, а в твердом состоянии этот металл является ферромагнетиком. В результате лабораторных исследований была выявлена зависимость между температурой и ферромагнитными свойствами.

Например, в сплаве Гойслера, сходном по магнитным свойствам с железом, данного металла нет. При достижении точки Кюри (определенного значения температуры) ферромагнитные свойства исчезают.

Среди их отличительных характеристик можно выделить не только высокое значение магнитной проницаемости, но и связь между напряженностью поля и намагниченностью.

Взаимодействие магнитных моментов отдельных атомов ферромагнетика способствует созданию мощных внутренних магнитных полей, которые выстраиваются параллельно друг другу. Мощное внешнее поле приводит к изменению ориентации, что и приводит к усилению магнитных свойств.

Природа ферромагнетиков

Учеными была установлена спиновая природа ферромагнетизма. При распределении электронов по энергетическим слоям учитывается принцип запрета Паули. Суть его в том, что на каждом слое может находиться только их определенное количество. Результирующие значения орбитальных и спиновых магнитных моментов всех электронов, располагающихся на заполненной полностью оболочке, равны нулю.

Химические элементы, имеющие ферромагнитные свойства (никель, кобальт, железо), являются переходными элементами таблицы Менделеева. В их атомах происходит нарушение алгоритма заполнения электронами оболочек. Сначала они попадают на верхний слой (s-орбиталь), и только после его полного заполнения электроны попадают на оболочку, расположенную ниже (d-орбиталь).

Масштабное применение ферромагнетиков, основным из которых является железо, объясняется изменением строения при попадании во внешнее магнитное поле.

Подобными свойствами могут обладать только те вещества, в атомах которых существуют внутренние недостроенные оболочки. Но и этого условия недостаточно для того, чтобы вести речь о ферромагнитных характеристиках. Например, у хрома, марганца, платины также существуют недостроенные оболочки внутри атомов, но они являются парамагнетиками. Возникновение самопроизвольной намагниченности объясняется особым квантовым действием, которое сложно пояснить с помощью классической физики.

Подразделение

Существует условное подразделение таких материалов на два типа: жесткие и мягкие ферромагнетики. Применение жестких материалов связано с изготовлением магнитных дисков, лент для хранения информации. Мягкие ферромагнетики незаменимы при создании электромагнитов, сердечников трансформаторов. Отличия между двумя видами объясняются особенностями химического строения данных веществ.

Особенности использования

Рассмотрим подробнее некоторые примеры применения ферромагнетиков в разнообразных отраслях современной техники. Магнитомягкие материалы применяют в электротехнике для создания электрических моторов, трансформаторов, генераторов. Кроме того, важно отметить применение ферромагнетиков такого типа в радиосвязи и слоботочной технике.

Жесткие виды нужны для создания постоянных магнитов. В случае выключения внешнего поля у ферромагнетиков сохраняются свойства, поскольку не исчезает ориентация элементарных токов.

Именно это свойство объясняет применение ферромагнетиков. Кратко можно сказать, что такие материалы являются основой современной техники.

Постоянные магниты нужны при создании электрических измерительных приборов, телефонов, громкоговорителей, магнитных компасов, звукозаписывающих аппаратов.

Ферриты

Рассматривая применение ферромагнетиков, необходимо особое внимание уделить ферритам. Они широко распространены в высокочастотной радиотехнике, поскольку сочетают свойства полупроводников и ферромагнетиков. Именно из ферритов в настоящее время изготавливают магнитные ленты и пленки, сердечники катушек индуктивности, диски. Ими являются оксиды железа, находящиеся в природе.

Интересные факты

Интерес представляет применение ферромагнетиков в электрических машинах, а также в технологии записи в винчестере. Современные исследования свидетельствуют о том, что при определенных температурах некоторые ферромагнетики могут приобретать парамагнетические характеристики. Именно поэтому эти вещества считаются плохо изученными и представляют для физиков особый интерес.

Стальной сердечник способен в несколько раз увеличить магнитное поле, не меняя при этом силу тока.

Применение ферромагнетиков позволяет существенно экономить электрическую энергию. Именно поэтому для сердечников генераторов, трансформаторов, электрических двигателей применяют материалы, обладающие ферромагнитными свойствами.

Магнитный гистерезис

Это явление зависимости напряженности магнитного поля и вектора намагниченности от внешнего поля. Проявляется данное свойство в ферромагнетиках, а также в сплавах, изготовленных из железа, никеля, кобальта. Подобное явление наблюдается не только в случае изменения поля по направлению и величине, но и в случае его вращения.

Проницаемость

Магнитной проницаемостью является физическая величина, которая показывает отношение индукции в определенной среде к показателю в вакууме. Если вещество создает свое магнитное поле, его считают намагниченным. Согласно гипотезе Ампера, величина свойств зависит от орбитального движения «свободных» электронов в атоме.

Петля гистерезиса представляет собой кривую зависимости изменения размера намагниченности ферромагнетика, расположенного во внешнем поле от изменения размера индукции. Для полного размагничивания используемого тела нужно поменять направление внешнего магнитного поля.

При определенной величине магнитной индукции, которую называют коэрцитивной силой, намагниченность образца принимает нулевое значение.

Именно форма петли гистерезиса и величина коэрцитивной силы определяют способность вещества сохранять частичное намагничивание, объясняют широкое применение ферромагнетиков. Кратко области применения жестких ферромагнетиков, обладающих широкой петлей гистерезиса, описаны выше. Вольфрамовые, углеродистые, алюминиевые, хромовые стали имеют большую коэрцитивную силу, поэтому на их основе создают постоянные магниты разнообразной формы: полосовые, подковообразные.

Среди мягких материалов, имеющих небольшую коэрцитивную силу, отметим железные руды, а также сплавы железа с никелем.

Процесс перемагничивания ферромагнетиков связан с изменением области самопроизвольного намагничивания. Для этого используется работа, которая совершается внешним полем. Количество теплоты, образующейся в этом случае, пропорционально площади петли гистерезиса.

Заключение

В настоящее время во всех отраслях техники активно применяют вещества, обладающие ферромагнитными свойствами. Помимо существенной экономии энергетических ресурсов, благодаря применению подобных веществ можно упрощать технологические процессы.

Например, вооружившись мощными постоянными магнитами, можно существенно упростить процесс создания транспортных средств. Мощные электромагниты, применяемые в настоящее время на отечественных и зарубежных автомобильных комбинатах, позволяют полностью автоматизировать самые трудоемкие технологические процессы, а также существенно ускорить процесс сборки новых транспортных средств.

В радиотехнике ферромагнетики позволяют получать приборы высочайшего качества и точности.

Ученым удалось создать одношаговую методику изготовления магнитных наночастиц, которые подходят для применения в медицине и электронике.

В результате многочисленных исследований, проводимых в лучших исследовательских лабораториях, удалось установить магнитные свойства наночастиц кобальта и железа, покрытых тонким слоем золота. Уже подтверждена их способность переносить антираковое лекарство или атомы радионуклидов в нужную часть организма человека, увеличивать контрастность изображений магнитного резонанса.

Кроме того, такие частицы можно использовать для модернизации устройств магнитной памяти, что станет новым шагом в создании инновационной медицинской техники.

Коллективу российских ученых удалось разработать и апробировать методику восстановления водных растворов хлоридов для получения комбинированных кобальто-железных наночастиц, подходящих для создания материалов с усовершенствованными магнитными характеристиками. Все исследования, проводимые учеными, направлены на повышение ферромагнитных свойств веществ, увеличение их процентного использования в производстве.

Восприимчивость магнитная ферромагнетика — Энциклопедия по машиностроению XXL

Существует особый класс парамагнетиков — ферромагнетики, у которых положительная магнитная восприимчивость (%>0) сильно меняется с изменением напряженности внешнего магнитного поля Я. Так как %>0, то ферромагнетик усиливает внешнее магнитное поле. Примеры ферромагнетиков — железо, никель, кобальт. Существенное отличие ферромагнетиков от других парамагнетиков состоит в том, что у ферромагнетиков добавочная напряженность поля Я на много порядков выше, чем у обычных парамагнетиков (иными словами, магнитная восприимчивость у ферромагнетиков во много раз выше, чем у обычных парамагнетиков). Объясняется это следующим образом. Вместо отдельных магнитных диполей — молекул в ферромагнетиках имеют место значительно более крупные элементарные объединения — так называе  
[c.44]

Рис. 16.26. Температурная зависимость магнитной восприимчивости %. В ферромагнетиках в интервале температур О ниже температуры Нееля спины ориентированы антипараллельно. Восприимчивость достигает максимума при Т = Ты, где на кривой % Т) наблюдается хорошо выраженный излом. Точка фазового перехода может быть зарегистрирована также по максимуму теплоемкости и коэффициента теплового расширения.
В 27.1 и 27.3 в каждом из пунктов, объединяющих ту или иную группу металлических ферромагнетиков, сначала приводятся температурные зависимости парамагнитной восприимчивости, зависимости намагниченности, удельного или атомного магнитного моментов от температуры, магнитного поля, состава сплавов и зависимости температур Кюри сплавов от их состава. Затем идут данные по магнитной анизотропии и, наконец. по магнитострикции.  [c.615]

Вещества, у которых и О, т. е. когда намагничивание происходит вдоль поля и восприимчивость слабо падает при повышении температуры, называются парамагнитными.

Парамагнетики слабо притягиваются магнитным полем. К этой группе веществ относится большинство металлов, например щелочные, щелочно-земельные, переходные металлы, ферромагнетики выше точки Кюри. Вещества, у которых восприимчивость X > О по величине в миллиарды раз превосходит восприимчивость обычных диамагнетиков и парамагнетиков,  [c.59]

При наложении внешнего магнитного поля происходит рост объема доменов, которые имеют направление намагниченности, совпадающее или близкое к направлению напряженности поля. Зависимость магнитной индукции ферромагнитного вещества от напряженности внешнего поля называют кривой намагничивания, она имеет вид, показанный на рис. 3.4. Кривую намагничивания ферромагнетиков можно разделить на несколько участков, которые характеризуются определенными процессами намагничивания. В области слабых полей (область /) магнитные восприимчивость и проницаемость не изменяются. Изменение магнитной индукции в этой области происходит в основном за счет обратимых процессов, которые обусловлены смещением границ доменов.

[c.88]


Для диамагнетиков х 0. Для особой подгруппы ферромагнетиков это простое соотношение (170) не соблюдается, и функциональная зависимость М от Н имеет нелинейный характер и не является однозначной. Все ферромагнетики имеют характерную кривую намагничивания и петлю гистерезиса. Магнитная восприимчивость ферромагнетиков зависит от напряженности внешнего поля в то время как для диамагнетиков и парамагнетиков х почти не зависит от Я. С другой стороны, парамагнетизм и ферромагнетизм в отличие от диамагнетизма зависят от температуры, возрастая с ее понижением. Выше температуры точки Кюри ферромагнетики становятся парамагнетиками для каждого вещества имеется своя точка Кюри .  
[c.129]

Следует еще раз подчеркнуть, что у парамагнетиков магнитная восприимчивость уменьшается с ростом температуры, т. е. (д%1дТ) [c.45]

Для ферромагнетиков — магнитная восприимчивость X положительна, сильно изменяется с изменением напряженности внешнего магнитного поля и температуры. При температурах выше температуры точки Кюри 0 ферромагнетик ведет себя как обычный парамагнетик.  [c.159]

В зависимости от знака и степени магнитной восприимчивости материалов различают диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.  [c.819]

Ферромагнетики обладают высокой магнитной восприимчивостью. Из всех металлов только четыре — железо, кобальт, никель и гадолиний — обладают высокими ферромагнитными свойствами.  [c.819]

Металлические элементы в зависимости от знака и величины их магнитной восприимчивости можно разделить на три класса диамагнетики (медь, серебро, золото с отрицательной и малой величиной х) парамагнетики (большая часть других металлов со слабо положительной величиной х) и ферромагнетики (х велика и положительна). Жидкие металлы и сплавы с ферромагнитными свойствами не известны. Полную восприимчивость металлической жидкости xi, можно представить в виде суммы восприимчивости ионных остовов атомов (диамагнитная восприимчивость) и восприимчивости электронов (парамагнитная)  

[c. 113]

В парамагнитной области выше температуры Кюри магнитная восприимчивость ферромагнетика подчиняется закону Кюри — Вейсса  [c.250]

Намагниченность материала является функцией внешнего магнитного поля М=хНо, где х — магнитная восприимчивость вещества материала, причем в сильномагнитных материалах, таких как ферромагнетики и ферримагнетики, магнитная восприимчивость является нелинейной функцией поля.  

[c.13]

Существует большая группа веществ обладающих спонтанной намагниченностью, т. е. имеющих не равную нулю намагниченность даже в отсутствие магнитного поля. Такие магнетики называются ферромагнетиками. Ферромагнетики относятся к магнитоупорядоченным веществам. К группе магнитоупорядоченных веществ относятся также антиферромагнетики и ферримагнетики. Основные классы магнитных веществ в зависимости от знака и величины магнитной восприимчивости приведены в табл. 4.1.  [c.275]

Антипараллельная ориентация спиновых моментов возникает при отрицательном обменном взаимодействии (4. 9). Как и в ферромагнетиках, антипараллельное магнитное упорядочение имеет место в интервале температур от О К до некоторой критической Ты — температуры Нееля. При температуре Нееля происходит фазовый переход 2-го рода превращение антиферромагнетик парамагнетик. При Г> Гн магнитная восприимчивость описывается законом Кюри-Вейсса (4.8), где поправка Вейсса равна Гы (рис. 4.2).  [c.280]

Параллельная ориентация магн. моментов (рис. 1) устанавливается при темп-рах Т ниже критич. темп-ры Кюри 0 (см. Кюри точка). Часто Ф. наз. совокупность физ. св-в в-ва в указанном выше состоянии. В-ва, в к-рых установился ферромагн. порядок атомных магп. моментов, наз. ферромагнетиками. Магнитная восприимчивость X ферромагнетиков положительна (и>0) и достигает значений 10 —10 их намагниченность J и  [c.808]

Кроме диа- и парамагнетиков существует большая группа веществ, обладающих спонтанной намагниченностью, т. е. имеющих не равную нулю намагниченность даже в отсутствие магнитного поля. Эта группа магнетиков получила название ферромагнетиков. Для них зависимость / (Я) является нелинейной функцией, и полный цикл перемагничения описывается петлей гистерезиса (рис. 10.2). В этих веществах магнитная восприимчивость сама зависит от Н.  [c.320]


Наряду со слабомагнитными телами существует ряд веществ, например ферромагнетики, для которых намагниченность не является линейной функцией поля. Для диамагнетиков характерно, что восприимчивость, как правило, не зависит от температуры, а для парамагнетиков она часто изменяется обратно пропорционально абсолютной температуре. Магнитные свойства атома обусловлены следующими факторами орбитальным движением электроно)в спиновыми эффектами магнетизмом атомного ядра Нейтроны и протоны, составляющие ядро, обладают собственными магнитными моментами. Однако величина магнитного момента нуклона из-за того, что его масса почти в 2000 раз больше массы электрона, пренебрежимо мала по сравнению с магнитным моментом электрона. Вычисление суммарных моментов атомов облегчается тем, что как суммарный орбитальный, так и суммарный спиновый момент полностью застроенных электр(зн-ных оболочек равен нулю. Поэтому следует принимать во внимание лишь электроны, занимающие незаполненные оболочки.  [c.143]

Магнитные свойства и строение вещества. Как известно электрон обладает спиновым и орбитальным магнитными моментами. Геометрически складываясь моменты электронов создают результирующий магнитный момент атома М. Суммарный магнитный момент в единице объема, именуемый намагниченностью J, когда вещество не было намагничено и внешнее поле отсутствует, равняется нулю. Под воздействием магнитного иоля со средней напряженностью внутри тела, равной Н, намагниченность J = %Н, где х— магнитная восприимчивость. Намагниченность определяет величину магнитной индукции В = В + + %Н. Магнитные свойства вещества характеризует также относительная магнитная проницаемость х = 1 -10 гн м — магнитная постоянная вакуума. В зависимости от величины и знака магнитной восприимчивости вещества могут быть диамагнитные (Х>0). Рассмотрим две последние группы веществ. В парамагнитных веществах у атомов имеются магнитные моменты, однако иод влиянием теплового движения эти моменты располагаются статистически беспорядочно вдоль магнитного поля удается ориентировать лишь примерно одну десятитысячную процента всех спинов. В результате магнитная восприимчивость X мало отличается от нуля, а магнитная проницаемость парамагнитных материалов немногим больше единицы. К парамагнитным принадлежат некоторые переходные металлы, а также щелочные и щелочно-земельные металлы. Ферромагнитные материалы обладают весьма большой магнитной восприимчивостью, может достигать значений порядка 10 , после снятия поля сохраняется остаточная намагниченность. Ферромагнитные свойства при нагревании наблюдаются лишь до некоторой температуры 0, отвечающей точке Кюри — переходу нз ферромагнитного в парамагнитное состояние. Значение 0 для железа 769° С, для кобальта 1120° С, для никеля 358 С. При температурах Т G в отсутствие внешнего поля ферромагнетик состоит из микроскопических областей — доменов, самопроиз-  [c.226]

Магнитные свойства ферромагнитных тел. У ферромагнитных тел, типичным представителем которых является железо, и также положительная, но значительно больше, чем у парамагнетиков. Кроме того, к у них зависит от Я. Помимо железа, в эту группу входят никель, кобальт, гадолиний и т. д., а также ряд сплавов. Закономерности намагничивания ферромагнетиков были впервые исследованы Столетовым. На рис. 11.2 показана зависимость от Я намагниченности J , индукции В и восприимчивости к мягкого железа. С увеличением напряженности намагничивающего поля В и растут вначале быстро, з тем рост замедлястся, а начиная с некоторого значений Н ,. памагни-  [c.286]

В ферромагнетиках, в отличие от парамагнитных тел, между неспаренными электронами внутренних недостроенных оболочек имеет место сильное обменное взаимодействие, вызывающее упорядоченное расположение их СПИновых магнитных моментов и спонтанное намагничивание доменов до насыщения Это приводит к существенным особенностям в протекании резонансного поглощения высокочастотной энергии ферромагнетиками, которое называют ферромагнитным резонансом. Физическая суть его состоит е том, что под действием внешнего магнитного поля Нд, намагничивающего ферромагнетик до насыщения, полный магнитный момент образца М начинает прецессировать вокруг этого поля с ларморовой частотой ojl, зависящей от Яо (11.25). Если на такой образец наложить высокочастотное электромагнитное поле, перпендикулярное Яо, и изменять его частоту ш, то при ю = i. наступает резкое (резонансное) усиление поглощения энергии поля. Резонанс наблюдается на частотах порядка 20-Г-30 ГГц в полях 4- 10 -А/м (л 5000 Э). Поглощение при этом на несколько порядкоз выше, чем при парамагнитном резонансе, так как магнитная восприимчивость ферромагнетиков (а следовательно, и магнитный момент насыщения М) у них много выше, чем у парамагнетиков. Кроме того, так как в формировании эффективного магнитного поля в ферромагнетиках участвуют размагничивающий фактор и поле магнитной анизотропии, то частота ферромагнитного резонанса оказывается зависящей от формы образца.и,направления поля относительно осей легкого намагничивания.[c.306]

МАГНИТНАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ, величина, характеризующая связь намагниченности вещества с магнитным ппле.к в атом веществе. М, в, х в статич. полях равна отнохненню намагниченности вещества М к напряжённости Я намагничивающего поля к — величина безразмерная. М. в., рассчитанная на 1 кг (или 1 г) вещества, наз. удельной (у.уд -л/р, где р — плотность вещества), а М. в. одного моля — м о-л я р н о ii (или атомной) у =Худ-т, где т — молекулярная масса вещества. С магнитной проницаемостью М. в. D статнч. полях (статич. М. в.) связана соотношениями ) = 1 + 4як (в ед. СГС), (,1 = 1+и (в ед. СИ), М. в. может быть как положительной, так и отрицательной. Отрицательной М. в. обладают диамагнетики (ДМ), они намагничиваются против поля ноложитель-Пой — парамагнетики (ПМ) и ферромагнетики. (ФМ), они намагничиваются по нолю. М. в. ДМ и ПМ мала по абс. величине —10 ), она слабо зависит от Н и то лишь в области очень сильных полей (и низких темп-р). Значения Й1. в. си. в табл.[c.649]


Магнитная восприимчивость ферромагнетиков может достигать значений 10 —10 Гс/Э их намагниченность Л/, возникающая во внеш. магн. поле Н, растёт с его величиной нелинейно (см. Намагничивание) и в полях 1 ] 00 Э может достигать магнитного насыщения, характеризуемого значением Величина М зависит также от магн. предыстории образца, что приводит к неоднозначности ф-ции М Н), или к гистерезису магнитному. При намагничивании и перемагничивании ( ррОмагнетика происходит изменение размеров и формы образца (см. Магнитострикция), благодаря этому кривые намагничивания и петли гистерезиса зависят от внеш. напряжений. Наблюдаются также аномалии в величине и температурной зависимости упругих постоянных ферромагнетиков — т. н. Дг -эффект и др. (см. Механострикция, Магнитомеха-нииеские явления), а также коэф. линейного и объёмного  [c.294]
Рис. 1. Частотые и полевые 1ависимости компонент тензора магнитной ВЧ-восприимчивости, намагниченного до насыщения изотропного ферромагнетика (беч учета потерь),
Характер температурной зависимости величины % для ферромагнетиков иллюстрируется рис. 3-2 (на этом графике изображена температурная зависимость магнитной проницаемости л = 1 + 4яу. = 1 -Н (4я»/)/а для железа при Я = 0). Как видно из этого графика, с приближением к точке Кюри при Я F= onst магнитная восприимчивость ферромагнетика возрастает, достигая максимума вблизи точки Кюри, а в непосредственной близости от точки Кюри резко уменьшается — так называемый эффект Гопкинсона (этот эффект наблюдается только в слабых магнитных полях). Появление этого максимума обусловлено значительным уменьшением магнитной анизотропии ферромагнетика вблизи точки Кюри, благодаря чему процесс намагничения ферромагнетика становится более легким , а уменьшение X при дальнейшем приближении к точке Кюри определяется исчезновением спонтанной намагниченности ферромагнетика при Т = в. При Г 0 величина % продолжает уменьшаться с ростом температуры, причем зависимость % от Т в этой области описывается законом Кюри—Вейсса (3-14) 3-3.  [c.45]

Что касается парамагнетиков и ферромагнетиков, то у них, как отмечено выше, (д%1дТ) р — магнитная восприимчивость уменьшается с ростом температуры. С учетом этого обстоятельства из уравнения (3-34) следует, что величина duldj)j. для этих типов магнетиков, вообще говоря, может быть и положительной, и отрицательной. Очевидно, чтб если (д%1дТ). > (Х Т), то (Эи/[c.50]

Таким образом, под размерными эффектами в самом широком смысле слова следует понимать комплекс явлений, связанных с изменением свойств вещества вследствие собственно изменения размера частиц и одновременного возрастания доли поверхностного вклада в общие свойства системы. Благодаря отмеченным особенностям строения нанокристаллические материалы по свойствам существенно отличаются от обычных поликристаллов. По этой причине уменьшение размера зерен рассматривается как эффективный метод изменения свойств твердого тела. Действительно, имеются сведения о влиянии наносостоя-ния на магнитные свойства ферромагнетиков (температуру Кюри, коэрцитивную силу, намагниченность насыщения) и магнитную восприимчивость слабых пара- и диамагнетиков, об эффектах памяти на упругих свойствах металлов и существенном изме-  [c.13]

Температурная зависимость восприимчивости в насыщающих магнитных полях при низких температурах для обычных ферромагнетиков не такая сильная, как наблюдалось в эксперименте (см. рис. 3.15) [176]. Сильная зависимость при низких температурах возможна в случае суперпарамагнетизма выделившихся частиц железа. Суперпарамагнитный вклад выраженный в безразмерных единицах, при температуре Т в магнитном поле Н можно представить в виде [328]  [c.105]

Магнитная восприимчивость может бьггь как положительной, так и отрицательной. Отрицательной магнитной восприимчивостью обладают диамагнетики, они намагничиваются против поля положительной — парамагнетики и ферромагнетики, они намагничиваются по полю.[c.100]

Исследования [186, 191-193] показали, что измерение магнитной восприимчивости является информативным методом изучения новедения ферромагнитных наночастиц в диамагнитной матрице. Наличие матрицы препятствует интенсивному росту наночастиц при температуре структурной релаксации соотвест-вующего ферромагнитного поликристалла и тем самым значительно увеличивает температурный интервал существования наносостояния ферромагнетика.  [c.122]

Возможность применения указанных феррохмагнетиков для регистрации полей дефектов объясняется тем, что вращение плосршс-ти поляризации у этих веществ, по данным Г. С. Кринчика, оп )еде-ляется диагональной компонентой тензора магнитной восприимчивости и является следствием ферромагнитного и обменного резонансов, зависящих от намагниченности ферромагнетика в исследуемом магнитном поле.  [c.230]

По данным [14] соединение УСоз является ферримагнетиком с температурой Кюри 301 °К. Магнитная восприимчивость этого соединения проходит через максимум при 170 °К- Согласно [47] УСоз — ферромагнетик с температурой Кюри 387°К- Повышение давления до 6 кбар снижает температуру Кюри этого соединения на 20,5°К (взято из графика).  [c.701]

Ферромагнитные вещества — это вещества, которые сильно притягиваются магнитом. К ним относятся, например, металлы — железо, кобальт, никель — и их сплавы. Относительная магнитная восприимчивость этих веществ достигает 10 . Характеристики х,- и ,1г ферромагнитных веществ изменяются не только от индукции магнитного поля, но и от температуры. Среди ферромагнитных веществ имеются такие, например как феррит-шпинели и феррит-гранаты, у которых по сравнению с Ре и N1 механизм возникновения ферромагнетизма имеет некоторые особенности. Эти вещества носят название феррпмагнетиков. Другие вещества — как РеО, МпО, СггОз и МпгОз — характеризуются значениями такого же порядка малости, как в случае парамагнетиков, но по внутренней магнитной структуре указанные оксиды более близки к ферромагнетикам. Учитывая это, их называют антиферромагнетиками. Теория ферримаг-нетиков и антиферромагнетиков составляет часть теории ферромагнетиков. Ферромагнетики находят широкое применение в электротехнике.  [c.146]


Манипуляции с ферромагнетизмом — будущее накопителей? / Хабр

Исследования в области хранения данных ведутся повсеместно. Какие-то ученые склоняются к использованию новых химических соединений или изменению уже имеющихся. Кто-то стремится к футуристическим высотам в виде носителей из воды или ДНК.

Сейчас мы прекрасно знаем о методиках чтения/записи данных, позволяющих изменять направление намагниченности определенного участка с использованием оптических технологий. Однако, наши сегодняшние герои решили «поиграться» с самим ферромагнетизмом. По их словам, именно в этом и заключается будущее хранения данных. Как именно им удалось манипулировать ферромагнетизмом, какие есть достоинства и недостатки у этой технологии, и действительно ли она станет прорывом в мире ИТ? Ответы на эти вопросы мы попытаемся найти в докладе ученых. Поехали.

Ферромагнетизм — что это?

Прежде чем начать описывать саму технологию, которая позволяет манипулировать данным физическим явлением, стоит коротенько пояснить что такое ферромагнетизм.


Типы магнетизмам (направление электронов): A — парамагнетизм; B — ферромагнетизм; C — антиферромагнетизм; D — ферримагнетизм; (E) принудительный ферромагнетизм.

Электроны веществ-ферромагнетиков склонны параллельно выстраиваться по отношению к приложенному магнитному полю. Помимо этого наблюдается тенденция к ориентированию этих магнитных моментов друг на друга для поддержания состояния пониженной энергии. Даже если приложенное поле отсутствует, электроны вещества спонтанно выстраиваются параллельно друг другу. Все это возможно только при температуре ниже точки Кюри*.


Кусочек железа, нагретый до температуры выше точки Кюри лишь слегка притягивается к магниту. После охлаждения его ферромагнитные свойства восстанавливаются полностью.

*Точка Кюри — параметр, определяющий температуру, при которой вещество теряет свои ферромагнитные свойства. Когда температура превышает границу, установленную точкой Кюри, интенсивность теплового движения атомов возрастает и разрушает магнитный порядок электронов, т.е. симметрия нарушается, и ферромагнетик становится парамагнетиком (веществом, способным намагничиваться за счет воздействия внешнего магнитного поля, например алюминий или литий).

Стоит уточнить, что существует несколько типов магнетизма. А ферромагнетизм является самым знакомым для нас в быту. Именно его мы наблюдаем, когда крепим сувенирный магнитик на холодильник, когда записываем данные на оптический диск и т.д.

Манипуляции с ферромагнетизмом

По словам исследователей лазерные манипуляции со свойствами веществ это не новость в мире технологий хранения данных. Ярким примером являются CD-RW — перезаписываемые оптические диски.

Попытки совместить скорость лазерных импульсов и плотность магнитной записи стали целью многих современных исследований. Для достижения подобной гибридизации используются методы оптического перемагничивания и термоассистируемой магнитной записи. Однако такие методы не позволяют манипулировать с самим ферромагнетизмом, как явление. Сатурация намагниченности (далее Ms) вещества остается прежней во время процесса чтения/записи.

Если же найти перезаписываемые магниты внутри немагнитного вещества, это будет гораздо эффективнее и практичнее, чем запись битов данных в соответствии с направлением размагничивающего поля.

Реорганизация атомов

Основой исследований стал слой из Fe60Al40 типа В2. Поскольку данный слой состоит из неферромагнетиков (A = Al, V, Rh), они были реорганизованы в виде структуры объёмно-центрированной кубической сингонии (тип А2). Реорганизация подразумевает обмен местами атомов Fe и Al.


Молекулярная структура А2

В молекулярной структуре испытуемого вещества (Fe60Al40) сторона (001) состоит исключительно из атомов Fe, а сторона (002) из атомов Al и остатков атомов Fe. Такая структура обладает самым слабым комплексным соединением Fe-Fe, а также является парамагнетиком.

Таким образом, если случайным образом поменять местами атомы Fe и Al в структуре В2, число соседствующих Fe−Fe увеличивается от 2.7 (В2) до 4.8 (А2). Процесс перехода от В2 до А2 также слегка увеличивает параметр решетки, что влияет на стимулирование ферромагнетизма.

Процесс реорганизации атомов можно проводить локально. Сфокусированный луч ионов гелия может избирательно намагничивать определенные нано-участки молекулярной структуры.

Процедура эксперимента

Для изучения воздействия лазерных импульсов на уровень намагниченности слоя B2 Fe60Al40 была использована прозрачная подложка из MgO*.

MgO* — оксид магния, обладает высоким коэффициентом отражения (в данном случае, отражательной способностью — величина, описывающая способность вещества отражать электромагнитное излучение).

Тонкие пленки изготавливались посредством

магнетронного распыления*

мишени в аргоносодержащей среде, при этом температуру подложки сохраняли на уровне комнатной.

Магнетронное распыление* — способ нанесения тонких пленок на подложку посредством бомбардировки катода (отрицательно заряженного электрода) положительными ионами в плазме магнетронного разряда.


Магнетронное распыление

А2 структура полученных пленок Fe60Al40 была реорганизована в В2 с помощью отжига в вакууме при температуре 773 К (приблизительно 500 оC).

Тестирование воздействия лазерных импульсов проводились на фотоэмиссионном электронном микроскопе в стенах BESSY II* в Берлине.


BESSY II* (Berliner Elektronenspeicherring-Gesellschaft für Synchrotronstrahlung II) — синхротрон с длиной окружности 240 м.

Одним из основных «участников» тестирования является лазер. Был использован титан-сапфировый лазер, поскольку он обладает широкой полосой генерации, что позволяет ему также генерировать и необходимые для эксперимента сверхкороткие импульсы. Длина волны лазера, сфокусированного на участке в 2 мкм с помощью микролинзы, составляла 800 нм, а длительность импульса приблизительно 100 фс (100 фемтосекунд, 1 фс = 10-15 с).


Изображение №1: Воздействие сверкороткого лазерного импульса в 100 фс на пространство между Fe60Al40 и MgO. Магнитные свойства поверхности Fe60Al40 исследуются с помощью рентгеновского излучения.

Тестирование воздействия лазерных импульсов проводилось на пленках из B2 Fe60Al40 толщиной 20, 40 и 80 нанометров. Частота повторения импульсов составила 2,5 МГц. Для выделения определенного импульса или череды нескольких импульсов использовался прибор Pulse Picker (дословный перевод — сборщик импульсов).


Один из вариантов прибора Pulse Picker

Магнитные изображения участков, на которые воздействовали лазерные импульсы, были записаны при L3 ферромагнитном резонансе Fe (707 эВ — электронвольт), посредством использования магнитного кругового дихроизма рентгеновского излучения.


Результат воздействия лазерных импульсов на тестируемую поверхность (Изображение №2)

Воздействие на пленку B2 Fe60Al40 толщиной 40 нм единым лазерным импульсом с флюенсом 500 мДж/см-2 привело к проявлению сильной поверхностной магнитной контрастности (). Магнитная контрастность изображена в виде разницы двух изображений, сделанных с помощью круговой поляризацией и обратной спиральностью. Параллельная рентгеновскому лучу намагниченность изображена красным цветом, а антипараллельная — синим.

При количестве импульсов 105 и флюенсом* 200 мДж/см-2 намагниченность поверхности, полученная при первом импульсном воздействии, была ликвидирована. На изображении 2b видно, что намагниченность поверхности сильно уменьшена, а контрастность отсутствует.

Флюенс* — интеграл по времени от плотности потока частиц или энергии.

Далее на тестируемый участок повторно воздействовал один импульс (500 мДж/см

-2

), но с применением внешнего небольшого магнитного поля +5 мТл (миллитесла). На изображении

видно, что поле способствует формированию единого магнитного участка.

При повторном воздействии 104 импульсов (флюенс — 200 мДж/см-2) намагниченность опять снизилась (2d).

Для оптимизации было проведено еще несколько тестов в различных условиях.

На изображении — результат воздействия единого импульса (флюенс — 400 мДж/см-2) при внешнем магнитном поле -15 мТл. Такое воздействие привело к формированию единой области с сильной намагниченностью.

В отличие от предыдущих переменных тестов (единый луч — несколько лучей — единый луч), тестируемая поверхность опять была подвержена воздействию лишь одного луча (флюенс — 200 мДж/см-2). В результате намагниченность сильно снизилась, примерно на 40% от предыдущего показателя (изображение 2f).

Далее требовалось определить зависимость намагниченности от плотности воздействия. Потому изначальная пленка B2 Fe60Al40 подвергалась воздействию одного импульса, а плотность увеличивалась ступенчато от теста к тесту. Магнитная контрастность измерялась после каждого импульса. Дабы сохранять намагниченность в одной области было применено магнитное поле +15 мТл.


Изображение №3

На изображении видно увеличение намагниченности пленок толщиной 20, 40 и 80 нм при увеличении лазерного флюенса. Контрастность, пропорциональная сатурации намагниченности, увеличивается сигмоидально при увеличении флюенса. Половинная амплитуда сатурации намагниченности (черные крестики на изображении ) достигалась при таком флюенсе:

  • для 20 нм пленки — 300 мДж/см-2;
  • для 40 нм пленки — 390 мДж/см-2;
  • для 80 нм пленки — 650 мДж/см-2.

Такая половинная амплитуда может считаться эффективным критическим порогом для магнитной записи, о чем говорят измерения намагниченности поверхности.

Изображение 3b демонстрирует снижение намагниченности при увеличении числа лазерных импульсов с низким флюенсом.

В качестве импульса записи были применены следующие показатели флюенса:

  • для 20 нм пленки — 400 мДж/см-2;
  • для 40 нм пленки — 400 мДж/см-2;
  • для 80 нм пленки — 700 мДж/см-2.

Для изучения процесса стирания последовательность импульсов обладала флюенсом всего 200 мДж/см-2. Рост числа импульсов стирания был построен в логарифмическом порядке: 100, 101…104, 5 × 104 и 5 × 106.

«Ex situ» эксперимент

Дабы подтвердить, что молекулярная реорганизация атомов ответственна за магнитную запись посредством воздействия лазерных импульсов, был проведен «Ex situ» эксперимент.

Поверхность пленки B2 Fe60Al40 толщиной 40 нм в воздушной среде была подвергнута воздействию Nd:YAG-лазера с длиной волны 355 нм. Ширина импульса составила 5 нс. Общее число импульсов — 105, а флюенс — 500 мДж/см-2.

В результате была получена область 300 мкм в диаметре, на которую сильнее всего воздействовал лазер. Полученную намагниченность получилось определить используя магнитооптический эффект Керра. Вокруг точки абляции* было выявлена кольцеобразная область с высоким показателем намагниченности. Для проведения структурного анализа использовался TEM (Transmission electron microscopy / Трансмиссионный электронный микроскоп).

Абляция* — метод удаления вещества с поверхности лазерным импульсом.

а) — Для проведения анализа был взят образец, обладающий ферромагнитными свойствами, рядом с областью абляции. Для этого использовалось устройство с фокусированным ионным лучом.

b) — Яркое поле TEM-изображения показывает неповрежденный поликристаллический слой толщиной 40 нм.

c) — SAED (дифракция электронов в выбранной области) подтвердила, что структура Fe60Al40 именно типа А2, поскольку отсутствовали сверхструктурные отражения 100, 111 и 210.

Подробности проведения данного эксперимента изложены тут

Анализ результатов тестов

Для более четкого понимания взаимосвязи условий, контролирующих процессы реорганизации, и перезаписываемой намагниченности пленки было проведено несколько симуляций. Они проводились на основе континуальной модели, в которой учитывались такие факторы: лазерное возбуждение электронов зоны проводимости; электронно-фононное равновесие; теплопередача; кинетика плавления и твердения. Условия воздействия лазера аналогичны тем, что применялись в тестах, результаты которых отображены на изображении №1.

Поскольку результаты симуляций с участием пленки толщиной 40 нм самые ярко выраженные, они и будут рассматриваться при анализе.

Порог плавления

На испытуемый слой Fe60Al40 на подложке из MgO воздействовал лазерный луч различного флюенса.

  • при флюенсе 173 мДж/см-2 был определен порог плавления Fe60Al40/MgO;
  • 357 мДж/см-2 — выявление второй области плавления на поверхности пленки;
  • 394 мДж/см-2 — полное плавление через всю толщину пленки, когда два фронта плавления, распространившиеся через пленку и подложку, и поверхность сливаются воедино.


Пример: порог плавления льда составляет 0 оС

Такие показатели дают основания полагать, что быстрое твердение временно расплавленного участка пленки формирует неупорядоченную метастабильную (сохраняющую стабильность при не очень больших возмущениях) молекулярную структуру типа А2. При охлаждении затвердевшего участка метастабильная структура может перейти от типа А2 к В2.

Диффузия вакансий

Что есть вакансия? Это, грубо говоря, «брак» молекулярной структуры кристалла. Когда мы имеем идеальный кристалл — все атомы располагаются на своем месте. Если же в каком-то месте атома нет (хотя он должен там быть при идеальных условиях), то это место и есть наша вакансия. Диффузия вакансий это, простыми словами, переход атома в свободную область, т.е. смена его положения. Именно этот механизм и является основой атомной реорганизации испытуемого вещества.


Упрощенное схематическое изображение вакансии

Поскольку фотоэмиссионный электронный микроскоп, который использовался при сборе данных, крайне чувствителен к намагничиванию на поверхностях тонких слоев пленки, среднее квадратичное смещение вакансий (Х2) оценивалось в центре той области, куда направлен луч лазера. Оценка проводилась начиная от момента полного твердения этой области до момента, когда охлаждение прекращает процесс диффузии вакансий.

Термодинамика

Температурная зависимость термодинамической движущей силы по отношению к реорганизации атомов не позволяет четко определить количественную связать величины Х2 с кинетикой фазового перехода атомов. Однако предоставляет показательные результаты измерений степени атомных перестроек, возникающих в процессе реорганизации молекулярной структуры.


Изображение №4а

На изображении представлено изменение температуры поверхности в центре места воздействия лазерного луча (лазерное «пятно» / «точка») во время четырех симуляций. Синий цвет линии обозначает твердую фазу, а красный — жидкую фазу вещества.

Переохлаждение* плавленого слоя ниже Tm* отображено красной штриховой линией.

Переохлаждение* — имеется в виду процесс снижения температуры жидкости или газа ниже точки замерзания, но при этом не доводя вещество до состояния твердого тела.
Tm* — температура плавления, когда тело переходит из твердого состояния в жидкое или наоборот.

Для упрощения подсчетов было установлено единое значение Tm = 1660 K. Это значение находится между значениями солидуса (1630 К) и ликвидуса (1680 К). Серые участки на графиках представляют совокупное среднее квадратичное смещение вакансий (X2).

При значении флюенса 328 мДж/см-2, до начала плавления поверхности, быстрое нагревание участка поверхности практически до Tm привело к скачку X2. Однако дальнейшее охлаждение, до температуры ниже ∼0.7 Tm (1160 K), снизило диффузию вакансий до незначительного уровня. При увеличении флюенса до 388 температура поверхности становится выше Tm, что приводит к переходному плавлению тонкого поверхностного слоя пленки. В данной симуляции фронты плавления, распространяющиеся от поверхности и от стыка пленка/подложка, не соединяются. При этом наблюдается быстрый рост кристаллической части пленки, который приводит к твердению при очень незначительном переохлаждении вещества. Как видно из графика, красная штриховая линия очень короткая.

Относительно высокая температура поверхности в момент ее повторного твердения гарантирует диффузию вакансий во время последующего охлаждения поверхности, при этом уровень X2 опустится до примерно того же, что и при флюенсе 328 мДж/см-2.

Вероятность быстрого роста кристаллической части исключается, если температура поверхности выше порога полного плавления по всей толщине пленки. А твердение плавленого участка может пройти исключительно через латеральное распространение фронта твердения от краев участка до центра лазерного пятна.

Относительно большой размер плавленого участка и ограниченная скорость фронта твердения (≤130 м/с) позволяют процессу твердения проходить медленнее, что, в свою очередь, приводит к более мощному переохлаждению плавленого вещества в центральной области лазерного пятна.

На практике это дает следующие результаты. При резком скачке времени твердения (от 740 пс (пикосекунд) при 388 мДж/см-2 до 2. 4 нс (наносекунд) при 403 мДж/см-2) температура поверхности снижается в момент полного твердения с 0.93 до 0.91 Tm.

Значение 0.91 Tm также отображает максимум, возникающие во время всплеска температуры, который возникает при локальном выделении тепла твердения. Однако это тепло быстро рассеивается ввиду большого локального температурного градиента вокруг свеже-затвердевшей поверхности.

Низкая же температура в повторно затвердевшем участке поверхности сильно ограничивает диффузию вакансий и приводит к сатурации значения Х2 при 403 мДж/см-2, которое в 4 раза меньше, чем при 388 мДж/см-2.

С дальнейшим увеличением флюенса время твердения центрального участка лазерного пятна увеличивается, а диффузия вакансий подавляется.

На практике это дало следующие результаты. При увеличении флюенса с 403 до 478 мДж/см-2 температура поверхности в момент твердения упала с 0.91 до 0.83 Tm. Сатурация Х2 снизилась до такого уровня, когда об необходимой атомной реорганизации не может быть и речи. Это отображено на четвертом графике изображения .


Изображение №4b

На изображении выше (4b) X2 представлен в виде функции лазерного флюенса для более наглядного иллюстрирования его эффекта на диффузию вакансий. Ниже предела индукции второго фронта плавления длина диффузии вакансий увеличивается экспоненциально с увеличением флюенса.

В начале плавления поверхности X2 насыщается практически на постоянном уровне. Только при увеличении лазерного флюенса идет незначительное падение, что связано с сильным переохлаждением повторно твердеющего участка поверхности.

Выше порога полного плавления время, требуемое на повторное твердение центрального участка лазерного пятна, резко увеличивается. Из-за этого происходит значительно более сильное переохлаждение, предшествующее повторному твердению, которое ограничивает диффузию вакансий во время охлаждения затвердевшей поверхности и снижает вероятность атомной перестройки молекулярной структуры от А2 до В2. Как результат, разорганизованность структуры и намагниченность должны сохраниться в центральной части лазерного пятна после быстрого снижения температуры до уровня комнатной.

Ниже порога полного плавления поверхности диффузия вакансий может быть достаточно активной, чтобы обеспечить процесс реорганизации атомов. Как видно на изображении 4b пиковый показатель Х2 = 21.5 нм2, что соответствует примерно 320 скачкам вакансий. Максимальная концентрация вакансий, возникающих при быстром неравномерном твердении металлов, равна 10-3. Учитывая это можно предположить, что примерно 32% атомов сменили свое положение за счет диффузии вакансий.

Вышеуказанные параметры позволяют сделать заключение, что реорганизация может происходить и при воздействии единого лазерного импульса. Хотя, все же, нельзя точно определить взаимоотношение общего числа скачков вакансий во время охлаждения и относительной доли равновесных В2 фаз и метастабильных А2 фаз, генерируемых лазерным воздействием.

Этот вывод сходится с результатами тестов, показанных на изображениях 2f и 2b. Мы видим, что намагниченность существенно снизилась после воздействия на пленки толщиной 40 и 80 нм одного лазерного импульса.

Генерация ферромагнитных областей под воздействием лазерных импульсов при отсутствии магнитного поля соответствует прогнозированной схеме плавления и повторного твердения (изображение ).

Ожидается, что повторное твердение будет проходить посредством следующих процессов:

  • возобновление твердых участков пленки;
  • гетерогенная нуклеация* области пленка/подложка;
  • гомогенная нуклеация* кристаллитов внутри расплава в случае глубокого переохлаждения (к примеру, 0.6 Tm при флюенсе единого луча 478 мДж/см-2 / изображение ).
Гетерогенная нуклеация* — первая стадия перехода из одной термодинамической фазы в другую внутри гетерогенной системы (состоит из двух или нескольких фаз).
Гомогенная нуклеация* — возникновение зачатков новой фазы внутри существующей.

В процессе повторного твердения в участках роста выделяется тепло, которое приводит к неравномерному распределению температуры по зоне воздействия лазера. Такая температурная неоднородность может сохраняться вплоть до момента достижения точки Кюри. Участки намагничиваются при локальной температуре Tc − ΔT. Их поле смещает локальные магнитные моменты к краям участка, где температура все еще Tc + ΔT, тем самым индуцируя намагниченные домены (область/участок) (изображение

).

Чтобы избежать формирования множественных намагниченных доменов, во время лазерного воздействия применяется небольшое магнитное поле. Это позволяет эффективно избежать неоднородного рассеянного поля и сформировать единый магнитный домен (изображение и ).


Изображение №5

На изображениях выше (a и b) продемонстрирован процесс плавления при флюенсе лазера 388 и 418, Х2 для обоих вариантов равен 11 нм2 (изображения c и d).

При флюенсе 418 мДж/см-2 на поверхности и в области пленка/подложка возникают фронты плавления, что приводит к появлению области плавления. Процесс твердения данного участка происходит за счет распространения фронта твердения и занимает несколько наносекунд. Температура плавленого участка начинает снижаться и на момент полного затвердения достигает слишком низкого уровня, чтобы была возможна атомная реорганизация.

На изображении видна область примерно в 500 нм в диаметре. Это область намагниченности поверхности. На уровне схождения пленка/подложка участок намагниченности соответствует (практически) области лазерного пятна. Площадь намагниченности увеличивается при увеличении флюенса.

При флюенсе 388 мДж/см-2 два фронта плавления, распространяющихся от схождения пленка/подложка и поверхность пленки, остаются разделенными (изображение 5b). Как только температура падает ниже точки плавления, фронты плавления распространяются вертикально, что приводит к очень быстрому повторному твердению. Однако, в конце процесса твердения температура все еще высокая, что сопутствует активной диффузии вакансий. Диффузионная атомная реорганизация приводит к трансформации метастабильной А2 структуры, образованной во время плавления и повторного твердения участков пленки, в равновесную В2 структуру. Этот процесс полностью элиминирует намагниченность поверхности, что мы можем увидеть на изображении 5d.

Выводы исследователей

На примере В2 пленки было получено доказательство возможности «включать» и «выключать» ферромагнетизм с помощью лазерных импульсов и структурной реорганизации атомов. Симуляции выявили критически важную роль переохлаждения участков расплава в процессе реорганизации атомов. На один и тот же участок пленки 10 раз подряд воздействовал импульс лазера с флюенсом, большим предельно допустимого. При этом повреждений пленки не было выявлено. Многократное использование пленки может быть ограничено либо абляцией материала, либо загрязнением во время лазерного облучения. Однако этого можно избежать, используя защитный поверхностный слой (MgO).

Дабы увеличить максимальный возможный уровень переохлаждения перед повторным твердением для контроля диффузии и реорганизации, а также достичь оптимальных изменяемых свойств лазеров, необходимо исследовать теплопроводность подложки и добавить буферный слой.

Идея перезаписываемой намагниченности в сопряжении с лазерами может быть реализована на различных других материалах, которые демонстрируют возможность реорганизовать их структуру. Изучение подобных веществ может помочь понять фемтосекундный лазерный нагрев и охлаждение слоев. В частности, механизмы и кинетику упорядочивания и разупорядочивания, которые до сих пор полностью не ясны. Результаты этих исследований могут расширить спектр поиска новых сплавов, демонстрирующие обратимость изменений магнитных свойств за счет лазерного воздействия.

Более подробно ознакомиться с исследованиями ученых вы можете с помощью их доклада

Эпилог

Конечно, данное исследование это только первый шаг в понимании скрытых возможностей и свойств некоторых веществ и сплавов, в том числе и в понимании процесса манипуляции с их магнитными свойствами. Ученые продемонстрировали нам, что мы можем использовать какой-то материал, более распространенный и, соответственно, более дешевый, и просто наделить его нужными нам свойствами.

Возможно это исследование ради исследования, и оно никогда не получит практического применения по причине дороговизны изготовления, сложностей с использованием или просто кто-то другой придумает что-то гораздо лучшее. Несмотря на риски и возможную нереализованность, данные исследования и любые другие исследования имеют право на существования, ибо ученые это люди, которые не знаю ответы на все вопросы, а задают эти вопросы. Именно поиски ответов и приводят нас, человечество, к новым открытиям и новым технологиям.


Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас оформив заказ или порекомендовав знакомым,

30% скидка для пользователей Хабра на уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас:Вся правда о VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от $20 или как правильно делить сервер?

(доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле? Только у нас 2 х Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $249 в Нидерландах и США! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?

Изучение явления гистерезиса ферромагнетиков (примеры решения задач)

Магнитная восприимчивость парамагнетиков зависит от температуры и может быть выражена формулой  и таким образом  ( – число атомов в единице объема,  – магнитный момент атома).

В общем случае магнитная восприимчивость однородного магнетика может быть оценена на основании следующих соображений:

,

где  – напряженность магнитного поля, при которой наступает состояние насыщения.

Особое место среди магнетиков занимают ферромагнетики. Упорядочение магнитных моментов в таких веществах имеет спиновую природу. Ферромагнитное вещество состоит из отдельных микрообластей – доменов, имеющих размеры 10–7 м, намагниченных до насыщения. В отличие от других магнетиков ферромагнетики являются нелинейными магнетиками, у них магнитная проницаемость зависит от индукции намагничивающего поля.

3.5.2. Примеры решения задач

ЗАДАЧА 1. Ферромагнитное железо обладает кубической объемно-центрированной решеткой с периодом  и намагниченностью насыщения . Вычислить магнитный момент, приходящийся на один атом железа в магнетонах Бора.

АНАЛИЗ. При решении задачи следует иметь ввиду, что  представляет собой ферромагнитный материал.  кристаллизуется в объемно-центрированной кубической структуре с числом атомов   в одной элементарной ячейке.

РЕШЕНИЕ. Магнитный момент, приходящийся на одну элементарную ячейку железа , где  – объем элементарной ячейки, равный . С другой стороны, если в качестве единицы измерения магнитного момента взять магнетон Бора , то , где  – число атомов в элементарной ячейке,  – магнитный момент атома железа в магнетонах Бора. Как известно, для ОЦК-решетки . Из равенства  находим

.

Проверка размерности:

.

Расчет:

.

ОТВЕТ: .

ЗАДАЧА 2.  Оценить энергию обменного взаимодействия в расчете на один атом между магнитными моментами атомов железа, если известно, что температура Кюри железа 770 ºС.

РАЗНИЦА МЕЖДУ ФЕРРОМАГНЕТИЗМОМ И ФЕРРИМАГНЕТИЗМОМ | СРАВНИТЕ РАЗНИЦУ МЕЖДУ ПОХОЖИМИ ТЕРМИНАМИ — НАУКА

Магнитные материалы можно разделить на различные группы, такие как ферромагнетики и ферримагнетики, в зависимости от их магнитных свойств. В ключевое отличие между ферромагнетизмом и ферримагнетизмом

Ключевое отличие — ферромагнетизм

против ферримагнетизма
 

Магнитные материалы можно разделить на различные группы, такие как ферромагнетики и ферримагнетики, в зависимости от их магнитных свойств. В ключевое отличие между ферромагнетизмом и ферримагнетизмом заключается в том, что Температура Кюри ферромагнетиков выше, чем у ферримагнетиков.

Ферромагнитные материалы обычно представляют собой металлы или металлические сплавы. Ферримагнетики представляют собой оксиды металлов, например магнетит.

1. Обзор и основные отличия
2. Что такое ферромагнетизм
3. Что такое ферримагнетизм
4. Сравнение бок о бок — ферромагнетизм против ферримагнетизма в табличной форме.
5. Резюме

Что такое ферромагнетизм?

Ферромагнетизм можно найти в металлах и металлических сплавах, таких как железо, кобальт, никель и их сплавы. Ферромагнетизм — это свойство материалов, притягиваемых магнитами.Эти ферромагнитные материалы можно преобразовать в постоянные магниты.

Температура Кюри намагниченного материала — это температура, при которой атомы материала начинают вибрировать и устраняются из магнитного поля. Температура Кюри ферромагнитных материалов очень высока.

Атомные моменты ферромагнитного материала демонстрируют сильные взаимодействия по сравнению с парамагнитными и диамагнитными материалами. Эти взаимодействия являются результатом обмена электронами между атомами. Когда материал помещается в магнитное поле, атомные моменты выравниваются в параллельном и антипараллельном направлениях. В ферромагнитных материалах эти выравнивания указывают в одном направлении, что создает сильные магнитные поля. Типичный ферромагнитный материал имеет две характерные особенности;

  1. Самопроизвольное намагничивание
  2. Высокая температура Кюри

Что такое ферримагнетизм

Ферримагнетизм — это магнитное свойство материалов, у которых атомные моменты ориентированы в противоположных направлениях. Противоположные моменты в этих материалах неодинаковы. Таким образом, материал может самопроизвольно намагничиваться. Хорошо известным материалом, проявляющим ферримагнетизм, является магнетит. Большинство оксидов железа проявляют ферримагнетизм, поскольку эти соединения имеют сложную кристаллическую структуру.

Магнитные домены или атомные моменты в ферримагнитном материале имеют противоположные направления, что приводит к нейтрализации магнитного момента. Однако эти материалы имеют тенденцию создавать магнитное поле, поскольку атомные моменты не равны.

Ферримагнетики имеют более низкую температуру Кюри по сравнению с ферромагнитными материалами. При рассмотрении выравнивания атомных моментов ферримагнетиков некоторые моменты выравниваются в одном направлении, в то время как большинство из них выравниваются в противоположных направлениях.

В чем разница между ферромагнетизмом и ферримагнетизмом?

Ферромагнетизм против ферримагнетизма

Ферромагнетизм — это свойство материалов, притягиваемых магнитами.Ферримагнетизм — это магнитное свойство материалов, у которых атомные моменты ориентированы в противоположных направлениях.
Температура Кюри
Температура Кюри ферромагнетиков выше, чем у ферримагнетиков.Температура Кюри ферримагнетиков ниже по сравнению с ферромагнитными материалами.
Выравнивание атомных моментов
В ферромагнитных материалах атомные моменты ориентированы в одном направлении. Атомные моменты ферромагнетиков ориентированы в противоположных направлениях.
Примеры
Такие металлы, как железо, кобальт, никель и их сплавы, являются хорошими примерами ферромагнитных материалов.Оксиды железа, такие как магнетит, являются хорошими примерами ферримагнитных материалов.

Резюме — Ферромагнетизм

против ферримагнетизма

По магнитным свойствам материалы можно разделить на несколько групп. Ферромагнитные материалы и ферримагнетики относятся к таким двум типам. Разница между ферромагнетизмом и ферримагнетизмом состоит в том, что температура Кюри ферромагнетиков выше, чем у ферримагнетиков.

Аморфные магнетики — Физическая энциклопедия

АМОРФНЫЕ МАГНЕТИКИ — класс магнитных материалов, сочетающих определ. магнитную атомную структуру, напр. ферромагнитную, с аморфной атомной структурой в ограниченном интервале темп-р. Возможность существования А. м. была впервые показана теоретически в 1960 [1]. Полученные А. м. но магн. свойствам не уступают или близки к лучшим кристаллич. магн. материалам, но технология их изготовления существенно проще.

Особенности магн. состояния А. м. определяются особенностями аморфного состояния вещества — отсутствием дальнего и наличием ближнего атомного порядка, термодинамич. неравновесностью, флуктуациями атомных магн. моментов, обменных и анизотропных взаимодействий. Указанные флуктуации и топологич. особенности строения «сетки» атомов аморфного вещества формируют магн. структуры А. м. Теоретич. и эксперим. исследования показали, что существуют след. типы А. м.: ферромагнетики (ФМ), спиновые стёкла (СС), ферримагнетики (ФИМ), неупорядоченные ферромагнетики (НФМ), неупорядоченные ферримагнетики (НФИМ). Последние два типа А. м. наз. также асперомагнитными и сперимагнитными соответственно. Теория допускает также возможность неупорядоченного антиферромагн. состояния. На рис. 1 схематически представлены указанные структуры А. м. и примеры магнетиков соответствующих типов. Во всех магн. структурах А. м. (кроме СС) существует дальний магн. порядок.

Структуры ФМ и НФМ (рис. 1, а, г) имеют ненулевой макроскопич. спонтанный магн. момент (МK0). Их различие связано со стохастичностью и существенной неколлинеарностью структуры НФМ. Состояние СС (рис. 1, б)представляет собой систему хаотически «замороженных» в пространстве магн. моментов с общим моментом М=0. Наконец, состояния ФИМ и НФИМ (рис. 1, в, д)характерны для двухкомпонентных систем типа сплавов переходных 3d- и 4f-металлов.

НФИМ отличается неупорядоченностью и неколлинеарностью магн. моментов.

Физ. свойства А. м. специфичны, напр. перевод магнетика в аморфное состояние вызывает, как правило, снижение темп-ры магнитного фазового перехода в парамагн. состояние. Флуктуации обменных взаимодействий в случае аморфного ФМ увеличивают скорость снижения спонтанной намагниченности при увеличении темп-ры.

Рис. 1. Типы магнитных структур аморфных магнетиков а-ферромагнитная; б — спиновое стекло; в-ферримагнитная; г — неоднородная ферромагнитная, д — неоднородная ферримагнитная. Точки и кружки обозначают места локализации атомных магнитных моментов в структурах ФМ и СС точки — атомы железа, в структуре ФИМ — атомы кобальта, кружки — атомы гадолиния, в структурах НФМ точки — атомы гадолиния, в структуре НФИМ — атомы железа, кружки — атомы диспрозия.

Энергетич. спектр элементарных магн. возбуждений аморфного ФМ имеет «ротонный» характер (см. Квазичастица), т. е. существует минимум энергии при значении волнового числа, определяемом характерным размером неоднородности структуры. Низкотемпературная «магнитная» часть теплоёмкости некоторых редкоземельных А. м. линейно зависит от темп-ры. При идеальной изотропии аморфного вещества макроскопич. магн. анизотропия в нём отсутствует. Однако локальная магн. анизотропия, возникающая, напр., от анизотропии локального внутрикристаллического поля, оказывает важное влияние на магн. свойства А. м. Так, коэрцитивная сила аморфного ФМ увеличивается очень резко, когда энергия одноионной локальной анизотропии становится сравнимой с энергией обменного взаимодействия. Это явление используют для создания магнитно-жёстких А. м. Реальные А. м. не являются макроскопически изотропными из-за различных, гл. обр. технол., причин и обычно обладают макроскопич. магн. анизотропией.

Сравнение магнитных свойств некоторых кристаллических и аморфных сплавов (ЗООК)

,Тл

106

Кристаллические

Примечание: -магнитная индукция; Тк— темп-ра Кюри, НС — коэрцитивная сила, — магнитострикция насыщения.

В аморфных ФМ и ФИМ наблюдаются разл. типы доменных структур, включая цилиндрич. магн. домены. Магнитострикции аморфных ФМ и их кристаллич. аналогов сравнимы [2].

Методы получения А. м. основываются на том или ином способе фиксации неупорядоченного атомного состояния вещества. Наибольшее распространение получили методы закалки расплавов со скоростями 104-106 К/с. Напр., для получения аморфных металлич. ферромагн. лент и нитей используют метод «спиннингования» расплава на вращающийся металлич. барабан (рис. 2, а) либо метод «экстракции» — выбрасывания расплава вращающимся диском (рис. 2, 6).

Рис. 2. Методы получения металлических аморфных магнетиков. а — Метод «спиннингования»: 1 — расплав; 2 — вращающийся металлический диск; 3 — аморфная лента, б — Метод экстракции расплава: 1 — ванна с расплавом, 2 — вращающийся металлический диск; 3 — вспомогательный диск для очистки поверхности диска 2; 4 — аморфный сплав.

Для получения аморфных порошков вещество распыляют элек-трич. полем, взрывной волной и т. п. Массивные А. м. формируют из порошков методом прессования или взрыва. Используют также метод ионно-плазменного напыления. В тонкоплёночном виде А. м. получают методами конденсации паров на охлаждённую подложку, электро- и хим. осаждения, ионно-плазменного напыления, ионной имплантации и др. [3, 4].

Перспективность техн. использования А. м. из металлических стекол связана с относительной простотой их получения, высокой магнитной проницаемостью (~106), малыми магн. потерями (50,5 Вт/кг), высокой антикоррозийной стойкостью, относительно большим электрич. сопротивлением, возможностью получения магнитно-жёстких материалов с большой магн. энергией. Недостатки А. м. обусловлены принципиальной нестабильностью аморфного состояния.

Со временем происходят перестройка атомной структуры А. м. и соответствующие изменения магн. свойств. Кроме того, введение аморфизующих добавок (неметаллов) снижает намагниченность А. м., а снижение темп-ры магн. фазового перехода делает их менее термостабильными. Магнитно-мягкие А, м. получают на основе сплавов Sd-металл — неметалл [см. табл., типичный пример — метгласс (металлич. стекло) Fe80B20]. В качестве магнитно-жёстких материалов используют сплавы 3d- и 4/-металлов, напр. TbFe2. А. м. применяют для создания трансформаторов, магн. экранов, пост. магнитов, головок магнитофонов, систем магн. памяти и др. устройств электро- и радиотехники.

Лит.: 1) Губанов А. И., Квазиклассическая теория аморфных ферромагнетиков, «ФТТ», 1960, т. 2, с. 502; 2) Петраковский Г. А., Аморфные магнетики, «УФН», 1981, т. 134, с. 305; 3) Хандрих К., Кобе С., Аморфные ферро- и ферримагнетики, пер. с нем., М., 1982; 4) Быстрозакапённые металлы, пер. с англ., М., 1983.

Г. А. Петраковский.

      Предметный указатель      >>   

Ферромагнетизм: определение и примеры | Study.com

Магнитные поля

Все магнитные поля возникают из-за движения электрических зарядов. В магнитных материалах движущиеся заряды — это электроны, которые вращаются вокруг атомов или молекул материала. Вы можете спросить, почему же тогда не все материалы являются магнитными, если все материалы состоят из атомов или молекул, и все атомы и молекулы имеют связанные с ними движущиеся электроны?

Отличный вопрос! Но у него есть и отличный ответ.Во-первых, некоторые атомы и молекулы имеют электронное распределение, так что движения различных электронов нейтрализуются по мере создания магнитного поля. Даже в материалах, у которых есть «неуравновешенные» электроны, иногда сами атомы и молекулы имеют случайное расположение, так что крошечные поля, создаваемые каждым из них, в конечном итоге нейтрализуют друг друга. Таким образом, в обоих случаях мы не имеем большого общего поля.

В ферромагнитных материалах расположение атомов или молекул легко изменить — когда мы прикладываем к такому материалу внешнее магнитное поле, расположение смещается так, что поля, создаваемые внутри материала, «выравниваются» с внешним полем .Затем, когда мы удаляем внешнее поле, внутренние поля помогают удерживать друг друга на одной линии, так что материал продолжает создавать значимое внешне измеряемое поле.

Магнитные домены и ферромагнетизм

Изменения выравнивания внутри материала обычно не доходят до атомного или молекулярного масштаба. Обычно можно обнаружить, что кусок материала состоит из областей, внутри которых атомные/молекулярные поля уже выровнены. Но когда материал находится в ненамагниченном состоянии, эти области создают поля в случайных направлениях, и все они компенсируются.Внешнее поле может выравнивать поля целых регионов. Ученые называют эти области магнитными доменами . Важно понимать, что сами физические области не вращаются в процессе перестройки. Скорее, магнитное поле региона может быть перестроено внутри региона.

Домены — это области внутри куска магнитного материала, создающие однонаправленные поля.

Ферромагнитные материалы представляют собой материалы, в которых домены будут сохранять магнитное выравнивание друг друга (после того, как они выровняются), так что большинство или все домены создают поле в одном и том же направлении.Существуют и другие классы магнитных материалов, такие как ферримагнитный (который следует тому же принципу, за исключением того, что только часть доменов становится постоянно ориентированной и, следовательно, имеет более слабое самогенерируемое поле) и антиферромагнитный (у которых есть домены, которые принимают на чередующемся шаблоне выравнивания и, следовательно, создают очень мало собственного поля). Из них ферромагнитные материалы обладают самыми сильными и заметными магнитными полями.

Наиболее распространенными ферромагнитными материалами являются железо, никель и кобальт (и большинство сплавов, образованных из этих элементов).Если вы проверите периодическую таблицу элементов, вы обнаружите, что эти три элемента являются ближайшими соседями. Это имеет смысл, поскольку положение в периодической таблице связано с электронной структурой элемента, и эта структура также определяет степень, в которой атомы элемента могут создавать магнитные поля.

Когда объект нагревается, атомы или молекулы, из которых он состоит, вибрируют сильнее. На самом деле температура — это просто «усреднение» колебаний многих атомов или молекул.Если вы нагреете постоянный магнит до достаточно высокой температуры, эта колебательная энергия станет достаточно сильной, чтобы преодолеть тенденцию доменов оставаться выровненными. Выравнивание (и магнитное поле магнита) будет потеряно. Магнит может быть повторно намагничен после того, как он остынет, но он не восстановит свое поле самостоятельно.

Постоянный магнит может иметь обратное направление намагниченности, если достаточно сильное внешнее поле приложено в обратном направлении. Внешнее поле должно заставить все домены изменить свое выравнивание.Этот процесс вызывает выделение некоторого количества тепла внутри объекта, поэтому происходит потеря энергии. Это приводит к явлению, называемому гистерезисом в магнитных материалах. В большинстве двигателей и генераторов переменного тока магнитные материалы попеременно намагничиваются вперед и назад, поэтому гистерезис является источником неэффективности этих устройств.

Краткий обзор урока

Ферромагнетизм — это способность материала создавать магнитное поле самостоятельно. Для этого атомы или молекулы материала должны иметь подходящую электронную структуру, а отдельные атомы и молекулы должны иметь ориентацию по отношению друг к другу, которая позволяет суммировать поля.Большинство ферромагнитных материалов содержат области, называемые доменами , внутри которых отдельные атомные/молекулярные поля уже выровнены, но обычно требуется воздействие внешнего магнитного поля, чтобы выровнять поля доменов в одном направлении. В ферромагнитных материалах, как только это будет сделано, поле, созданное (теперь выровненными) доменами, будет поддерживать выравнивание, если только объект не нагрет до достаточно высокой температуры. Изменение направления намагниченности в ферромагнитном материале обычно вызывает некоторые потери тепла, приводя к эффекту, известному как гистерезис .

Ферромагнетизм — обзор | ScienceDirect Topics

2,7 Cr Ge/GeO

X нанопроволок ядро-оболочка

FM при комнатной температуре в легированных Cr Ge/GeO X нанопроволок ядро-оболочка было продемонстрировано AS Katkar и группой в 2018 году [19]. ]. Проведена большая работа по ФМ при комнатной температуре в случае наноструктур Ge, легированных марганцем. Но это первый отчет, в котором наноструктура Ge, легированная Cr, демонстрирует FM при комнатной температуре (300 K).

Нанопроволоки Ge/GeO X , легированные хромом, синтезированы с использованием простого метода переноса паров. В качестве прекурсора использовали смесь Ge: GeO 2 :CrO 3 в соотношении 2:3:1. Эта смесь была помещена внутрь трехзонной печи в зоне I. Подложка Si p-типа, покрытая пленкой Au толщиной 2 нм, была помещена в зону II. Температуры зоны I были установлены на уровне 11,00°С. Для образца A, образца B и образца C температура подложки была установлена ​​на 600°C, 650°C и 750°C соответственно. Газообразный аргон пропускали через печь и использовали в качестве носителя атомов-предшественников при давлении 60 см3/мин.Время реакции для всех трех экспериментов для образца A, образца B и образца C составляло 60 мин.

Приготовленные образцы были охарактеризованы с помощью XRD, FESEM, TEM и XPS. С помощью СКВИД-магнитометра исследованы ферромагнитные свойства нанопроволок Ge/GeO X , легированных хромом.

Морфологическая характеристика с использованием FESEM подтверждает равномерный рост нанопроволок (образец A) (рис. 9.13A). Увеличенное изображение нанопроволок (рис. 9.13B) показывает, что диаметр и длина нанопроволок составляют около 150–200 нм и 150–180 мкм соответственно.На рис. 9.13C показано изображение одиночной нанопроволоки, полученное с помощью ПЭМ, и четко видна структура сердцевина-оболочка нанопроволок. Для понимания элементов сердцевины и оболочечной части нанопроволоки использовалась ЭДС. Его элементный анализ (рис. 9.13D и E) показал, что оболочка содержит GeO X , а ядро ​​содержит Ge с замещением атомов Cr в их матрице. Рис. 9.13F и G представляют собой схему SAED и изображение с высоким разрешением (HR) центральной части нанопроволоки соответственно. Картина SAED и изображение HR подтверждают, что ядро ​​​​состоит из монокристаллического Ge.Диаметр оболочечной части составляет 100 нм, а диаметр центральной части – 40 нм.

Рисунок 9.13. (A) Изображение FESEM легированных Cr наностержней Ge/GeO X (масштабная линейка 10 мкм) (B) изображение с большим увеличением (C) Изображение одиночной нанопроволоки с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) (D) и (E) Энергодисперсионная спектроскопия ядра и оболочки (F) картина SAED и (G) изображение ПЭМ высокого разрешения.

В случае образца Б (температура подложки — 650°С) наблюдалось уменьшение сердцевины нанопроволоки и увеличение диаметра оболочки по сравнению с образцом А.Также в случае образца B было замечено, что часть ядра полностью исчезла, а осталась только часть оболочки, то есть нанопроволоки GeO X , легированные Cr.

Таким образом, чтобы сравнить и исследовать зависимость ферромагнитных свойств от замещения атомов Cr в оболочке и сердцевине нанопроволок образца A, образца B и образца C, все три образца были охарактеризованы СКВИД-магнитометром при разных температурах. .

На рис. 9.13А показана намагниченность образца А в зависимости от температуры.Кривая М-Т была получена для диапазона температур от 5 до 300 К в условиях ZFC и FC при приложении внешнего магнитного поля 100 Э. Как и в случае нанотрубок Ge, легированных марганцем, кривые ZFC-FC совпадали друг с другом. Аналогичное наблюдение наблюдается в случае легированных хромом нанопроволок Ge-GeO X ядро-оболочка. Измеренная температура Кюри (T C ) для образца А выше, чем комнатная температура (300 К).

Кривые M-H, зависящие от внешнего приложенного магнитного поля, ясно показывают гистерезис для комнатной температуры (300 K), 100 K и 5 K (рис.9.13Б). Очевидное уменьшение значений остаточной намагниченности (M R ) и коэрцитивной силы (H C ) по отношению к повышению температуры (5–300 K) наблюдалось на вставке к рис. 9.13B. Намагниченность насыщения не зависела от температуры.

Из кривых М-Т (кривых ZFC-FC) был сделан вывод, что из-за индуцированного полем метастабильного магнитного состояния во время процесса FC намагниченность FC больше, чем намагниченность ZFC (рис. 9.14).

Рис 9.14. (A) Кривая MT (кривые ZFC-FC) (B) Кривая M-H для легированных хромом нанопроволок Ge/GeO X ядро-оболочка.

Дальнейшее исследование ФМ в образце B (с уменьшенной частью ядра) и образце C (нанопроволока GeO X , легированная чистым хромом, с исчезнувшим ядром) по сравнению с ферромагнитными свойствами образца A показывает, что гистерезис стал уже от образца A к C при температуре 5 К.

Интересно, что ферромагнитные свойства (T C , M R и H C ) легированных хромом нанопроволок Ge/GeO X ядро-оболочка демонстрируют значительное улучшение по мере того, как по сравнению с ранее сообщавшейся структурой нанобашни Ge, легированной Cr.В данной работе сделан вывод о том, что из-за релаксированного сверхобменного взаимодействия Cr 3+ -O-Cr 3+ и поверхностных дефектов оксидной оболочки повышенная ФМ при комнатной температуре наблюдается для Ge/GeO, легированных Cr. X нанопроволоки ядро-оболочка.

Определение ферромагнетика в физике, химии.

Примеры ферромагнетиков в следующих темах:

  • Ферромагнетизм

    • Ферромагнетизм — это свойство некоторых материалов, которое позволяет им образовывать магниты и притягиваться к магнитам.
    • Повседневный пример ферромагнетизма — магнит холодильника, используемый для хранения заметок на дверце холодильника.
    • Домены малы и беспорядочно ориентированы в ненамагниченном ферромагнитном объекте.
    • Таким образом, ферромагнетизм возникает только в материалах с частично заполненными оболочками.
    • Такие материалы называются ферромагнитными , по латинскому слову железа, ferrum.
  • Ферромагнетики и электромагниты

    • Такие магниты называются ферромагнетиками .
    • Эти материалы называются ферромагнитными , по латинскому слову ferrum (железо).
    • В ненамагниченном ферромагнитном объекте домены малы и беспорядочно ориентированы.
    • Благодаря высокой магнитной проницаемости μ ферромагнитного материала ферромагнитный сердечник увеличивает магнитное поле в тысячи раз по сравнению с напряженностью поля одной только катушки.
    • Это называется электромагнитом с ферромагнитным сердечником или электромагнитом с железным сердечником.
  • Постоянные магниты

    • Постоянные магниты представляют собой объекты, изготовленные из ферромагнитного материала, которые создают постоянное магнитное поле.
    • Материалы, которые могут намагничиваться, а также те, которые сильно притягиваются к магниту, называются ферромагнитными .
    • Когда магнит подносится к ранее ненамагниченному ферромагнитному материалу, он вызывает локальное намагничивание материала с противоположными полюсами ближе всего.
    • Однако до намагничивания эти области малы и беспорядочно ориентированы по всему ненамагниченному ферромагнитному объекту, поэтому результирующего магнитного поля нет.
    • Такое расположение может стать постоянным, если ферромагнитный материал нагреть, а затем охладить.
  • Соленоиды, токовые петли и электромагниты

    • Сочетание ферромагнетика с электромагнитом может привести к особенно сильным магнитным эффектам.
    • Всякий раз, когда необходимы сильные магнитные эффекты (например, при подъеме металлолома или в ускорителях частиц), электромагниты усиливаются ферромагнитными материалами.
    • Токи, в том числе связанные с другими субмикроскопическими частицами, такими как протоны, позволяют нам объяснить ферромагнетизм и все другие магнитные эффекты.
    • Ферромагнетизм , например, является результатом внутреннего кооперативного выравнивания электронных спинов, возможного в одних материалах, но не в других.
    • Электромагнит индуцирует области постоянного магнетизма на гибком диске, покрытом ферромагнитным материалом.
  • Физические свойства и атомный размер

    • Ферромагнетизм возникает, когда отдельные атомы являются парамагнитными, а векторы спина выровнены параллельно друг другу в кристаллическом материале.
    • Металлическое железо является примером ферромагнитного материала , включающего переходный металл.
    • Анти- ферромагнетизм — еще один пример магнитного свойства, возникающего из-за определенного выравнивания отдельных спинов в твердом состоянии.
    • Ферромагнетизм — это физическая теория, которая объясняет, как материалы становятся магнитами.
  • Парамагнетизм и диамагнетизм

    • В отличие от ферромагнетиков , парамагнетики не сохраняют никакой намагниченности в отсутствие приложенного извне магнитного поля, потому что тепловое движение случайным образом меняет ориентацию спинов, ответственных за магнетизм.
    • Однако для материалов, проявляющих какую-либо другую форму магнетизма (например, ферромагнетизм или парамагнетизм), диамагнитный вклад становится незначительным.
  • Переходные металлы

    • Ферромагнетизм возникает, когда отдельные атомы являются парамагнитными, а векторы спина выровнены параллельно друг другу в кристаллическом материале.
    • Металлическое железо и сплав альнико являются примерами ферромагнитных материалов, содержащих переходные металлы.
    • Анти- ферромагнетизм — еще один пример магнитного свойства, возникающего из-за определенного выравнивания отдельных спинов в твердом состоянии.
  • Трансформаторы

    • Типичная конструкция простого трансформатора состоит из двух катушек, намотанных на ферромагнитный сердечник , ламинированный для минимизации вихревых токов.
    • Любое изменение тока в первичной обмотке индуцирует ток во вторичной обмотке. На рисунке показан простой трансформатор с двумя катушками, намотанными по обеим сторонам многослойного ферромагнитного сердечника .
  • Электронные конфигурации и магнитные свойства ионов

    • Постоянные магниты имеют постоянные магнитные поля, вызванные ферромагнетизмом , самым сильным и наиболее известным типом магнетизма.
    • Если спины имеют тенденцию спонтанно выравниваться в отсутствие магнитного поля, результирующие частицы называются ферромагнитными .
  • Третий закон термодинамики и абсолютная энергия

    • Только ферромагнитные , антиферромагнитные и диамагнитные материалы могут удовлетворять этому условию.

Ферромагнетик — Как обсудить

Ферромагнитный

Каковы примеры ферромагнитных веществ?

  • Магнетит. Магнетит представляет собой ферромагнитный материал, образующийся при окислении железа до оксида.
  • Неодимовый магнит. Неодимовый магнит, также известный как неомагнетик, представляет собой разновидность редкоземельного магнита.
  • Железо. Железо — аморфный металл с температурой Кюри 1043 К.
  • Никель.
  • Кобальт.
  • Алнико.
  • Гадолиний.
  • Диспрозий.
  • Пермаллой.
  • Аваруит.

Какой самый ферромагнитный материал?

Наиболее распространенные ферромагнитные материалы состоят из никеля, железа, кобальта или одного из этих трех сплавов. В случае сплавов количество никеля, железа или кобальта, которое они содержат, определяет степень ферромагнетизма. Поэтому выберите правильный материал для правильного взаимодействия с вашим магнитом.

Какие ферромагнитные материалы?

Ферромагнитные материалы представляют собой вещества, которые сильно намагничиваются в направлении магнитного поля при воздействии на него. Примерами ферромагнитных материалов являются железо, никель, кобальт и редкоземельные металлы.

Что верно в отношении ферромагнитного материала?

Ферромагнитные материалы представляют собой магнитные материалы. Они умеют делать постоянные магниты. Магнитные моменты многих атомов выровнены параллельно друг другу.Они создают сильное намагничивание материала.

Какие четыре магнитных вещества?

В целом существует четыре категории постоянных магнитов: неодим-железо-бор (NdFeB), самарий-кобальт (SmCo), альнико и керамические или ферритовые магниты. Этот тип магнита изготовлен из редкоземельного магнитного материала и обладает сильной коэрцитивной силой.

Какие металлы не прилипают к магнитам?

Такие металлы, как алюминий, латунь, медь, золото, свинец и серебро, в своем естественном состоянии не притягивают магниты, поскольку являются слабыми металлами.

Какие материалы относятся к ферромагнетикам?

Ферромагнетизм — это тип магнетизма, связанный с железом, кобальтом, никелем и некоторыми сплавами или соединениями, содержащими один или несколько из этих элементов. Он также содержится в гадолинии и других редкоземельных металлах.

Приведите примеры ферромагнитных веществ в организме

Ферромагнитные вещества — это вещества, которые сильно притягиваются к внешнему магнитному полю, и эти вещества обладают магнитными свойствами, хотя внешнее магнитное поле подавляется. Железо и никель являются двумя примерами ферромагнитного вещества. Ответ был проверен Toppr Upvote (5).

Что является примером ферромагнитного вещества?

Типичными примерами ферромагнитных веществ являются железо, кобальт, никель и т. д. Кроме того, сплавы металлов и редкоземельные магниты также классифицируются как ферромагнитные материалы. Магнетит представляет собой ферромагнитный материал, образующийся при окислении железа до оксида.

Как ферромагнитные материалы используются в быту?

Сегодня ферромагнитные материалы используются в самых разных устройствах, необходимых в быту: электродвигателях и генераторах, трансформаторах, телефонах и громкоговорителях.Ферромагнетизм — это тип магнетизма, связанный с железом, кобальтом, никелем и некоторыми сплавами или соединениями, содержащими один или несколько из этих элементов.

Какова магнитная проницаемость ферромагнитного вещества?

Ферромагнитные материалы имеют проницаемость больше 1. Это мера способности материала поддерживать магнитное поле внутри себя. Ферромагнитный материал сильно намагничивается в направлении приложенного магнитного поля.

Что происходит при сжижении ферромагнитного вещества?

Когда ферромагнитное вещество становится жидким, оно теряет свои ферромагнитные свойства из-за более высокой температуры.При подавлении внешнего магнитного поля ферромагнитный материал не полностью размагничивается. Чтобы вернуть материалу нулевую намагниченность, нужно приложить магнитное поле противоположного направления.

Что делает что-то ферромагнитным?

Ферромагнетизм в основном вызван неспаренными электронными магнитными моментами. Ферромагнетизм — это магнитная сила, которую проявляют такие материалы, как железо, никель или кобальт, когда они находятся в магнитном поле.

Что представляют собой все ферромагнитные элементы?

В мире есть только четыре элемента, которые являются ферромагнитными при комнатной температуре и могут постоянно намагничиваться: железо, никель, кобальт и гадолиний. (Пятый элемент, диспрозий, становится ферромагнитным при низких температурах.).

Чем ферромагнетики отличаются от парамагнетиков?

По сравнению с парамагнетиками намагниченность в ферромагнетиках насыщается в умеренных магнитных полях и при высоких температурах (комнатная температура): даже если силы электронного обмена в ферромагнетиках очень велики, когда она превышает обменную, тепловая энергия прекращается и возникает случайный эффект.

Что происходит с доменами ферромагнитного материала?

Если этот материал поместить в магнитное поле, все области будут лежать в направлении магнитного поля, создавая сильный магнитный эффект.Даже когда магнитное поле удаляется и ферромагнитный материал становится постоянным магнитом, этот порядок доменов остается прежним.

Приведите примеры ферромагнитных веществ в воде

Ферромагнитные материалы представляют собой вещества, которые сильно намагничиваются в направлении магнитного поля при воздействии на него. Примерами ферромагнитных материалов являются железо, никель, кобальт и редкоземельные элементы. Мне это нравится? Поделись!

Что является примером диамагнитного элемента?

Такие материалы или вещества называются диамагнетиками.Примерами диамагнитных веществ являются вода, ртуть, золото, медь и висмут. Вещества, которые слабо притягиваются к магнитным материалам, являются парамагнетиками. Примерами парамагнетиков являются литий, молибден, магний.

Что верно для любых ферромагнитных материалов?

Ферромагнитные материалы Свойства ферромагнетиков. Когда стержень из этого материала попадает в магнитное поле, он быстро совпадает с направлением поля. Петля гистерезиса. Эта петля формируется путем изменения намагничивающей силы одновременно с измерением магнитного потока материала.Температура Кюри.

Какие материалы сильно притягиваются к магниту?

Вот некоторые факты о магнитах: Северный полюс магнита указывает на геомагнитный северный полюс (Южный магнитный полюс) в Канаде за Полярным кругом.

Каковы некоторые примеры немагнитных материалов?

Материалы, которые не притягиваются к магниту, называются немагнитными материалами. Все материалы, кроме железа, никеля и кобальта, являются немагнитными материалами, такими как пластик, резина, вода и т. д.Это немагнитные материалы. Немагнитные материалы не могут намагничиваться. Что понимают под немагнитным материалом?

Самый ферромагнитный материал в земле

Никель (Ni) Наиболее распространенным ферромагнитным элементом является железо. Большинство ферромагнитных сплавов (или сталей) также являются ферромагнитными, хотя некоторые стальные сплавы, называемые «аустенитными нержавеющими сталями», не являются ферромагнитными. Никель и никелевые сплавы также в некоторой степени ферромагнитны.

Где в доме можно найти ферромагнитные материалы?

Чаще всего в вашем доме можно увидеть холодильник и магниты, которые вы прикрепляете к двери.В случае лома ферромагнитные свойства железа проявляются сильными электромагнитами, разделяющими черные и цветные металлы, поскольку нефтеперерабатывающие заводы ищут металлы с более высокой стоимостью при перепродаже, чем обычное железо.

Какой металл имеет собственное магнитное поле?

Но ферромагнитные или «железоподобные магнитные» металлы являются постоянными магнитами, которые генерируют свои собственные магнитные поля без помощи электрического тока. Некоторые из этих металлов покажутся вам знакомыми, в то время как другие имеют важное применение в вашей жизни, но это не те металлы, которые вы называете по имени.

Какой ферромагнитный материал используется чаще всего

Наиболее часто используемыми ферромагнитными материалами являются железо, сталь, никель, кобальт и распространенные сплавы, такие как Alnico, Permalloy и Supermalloy. Alnico — это торговое название сплава алюминия, никеля, железа и кобальта.

Почему ферромагнитные материалы используются для постоянных магнитов?

Постоянные магниты. Ферромагнитные материалы используются для изготовления постоянных магнитов, потому что их намагниченность сохраняется дольше.Сердечник трансформатора: Материал сердечника и индуктивность трансформатора подвержены очень быстрым циклическим изменениям, и этот материал также должен иметь сильную магнитную индуктивность.

Что сильнее ферромагнетик или вакуум?

Поскольку домены ферромагнетиков сильно ориентированы на внешнее магнитное поле, ферромагнетики обладают высокой положительной чувствительностью. Магнитное поле, проходящее через ферромагнитный материал, может быть в 10 000 раз сильнее, чем такое же магнитное поле, проходящее через вакуум.

Какой самый сильный ферромагнитный металл на Земле?

Железо — очень известный ферромагнитный металл. На самом деле это самый прочный ферромагнитный металл. Он является неотъемлемой частью земного ядра и придает вашей планете магнитные свойства. Следовательно, только Земля действует как постоянный магнит.

Есть ли магниты в теле человека?

На самом деле нет никаких доказательств того, что человеческие ткани или клетки крови взаимодействуют с магнитными полями. Ионы железа в эритроцитах не только ферромагнитны, но и имеют магнитную инверсию и не притягиваются к магнитному полю.Известно, что теплые компрессы улучшают кровообращение.

Почему железо считается магнитным металлом?

Без него железо не было бы магнитным металлом. Различные кристаллические структуры приводят к различным свойствам железа. Железо является ферромагнитным в своей кубической структуре alphaFE (bcc). В то же время он не проявляет магнетизма в гранецентрированной кубической структуре гамма-Fe (ГЦК).

Какой магнитный металл является аустенитным или ферритным?

Ферритные и мартенситные нержавеющие стали обладают магнитными свойствами благодаря своему составу железа и молекулярной структуре.С другой стороны, аустенитные стали не являются ферромагнитными из-за их различной молекулярной структуры. Это делает его пригодным для использования в аппаратах МРТ. Структурная разница зависит от количества никеля.

Можно ли превратить ферромагнетик в постоянный магнит?

Ферромагнитные материалы не только сильно реагируют на магниты (аналогично тому, как железо притягивается к магнитам), они сами могут намагничиваться, то есть намагничиваются. ЧАСЫ. намагниченные или изготовленные на постоянных магнитах.Рисунок 1. Кусок немагнитного железа помещают между двумя магнитами, нагревают, затем охлаждают или просто бьют.

Какой самый ферромагнитный материал в мире

Железо или по латыни феррий — омоним всех ферромагнитных металлов. Как самый распространенный и универсальный металл в качестве естественного постоянного магнита, все другие металлы с этим свойством описываются как двоюродные братья железа. С железного века и до наших дней человечество добилось значительного успеха в обработке железа.

Какая форма ферромагнетизма наиболее распространена?

Лишь некоторые вещества являются ферромагнитными. Наиболее распространены железо, кобальт, никель и их сплавы. Ферромагнетизм — это основной механизм, с помощью которого материал образует постоянный магнит (материалы, которые могут намагничиваться внешним магнитным полем и остаются намагниченными после снятия внешнего поля).

Какой самый сильный тип магнетизма в мире?

Существует несколько типов магнетизма, из которых ферромагнетизм является самым сильным. Ферромагнитные материалы — это те материалы, которые проявляют чистую спонтанную намагниченность на атомном уровне даже в отсутствие внешнего магнитного поля.

Какой пример ферромагнитного материала?

Ферромагнитные материалы представляют собой материалы, магнитные свойства которых аналогичны свойствам железа. Они могут быть постоянно намагничены. Примерами ферромагнитных материалов являются никель, кобальт и алюминий, сплав алюминия, никеля и кобальта.

Почему ферромагнетики обладают высокой магнитной проницаемостью?

Поскольку спонтанная намагниченность может быть на несколько порядков больше, чем приложенное поле, ферромагнитные материалы имеют очень высокую магнитную проницаемость, до 106.Когда приложенное поле удаляется, часть индуцированного выравнивания доменов может быть сохранена, так что тело может действовать как постоянное.

Как ферромагнетизм используется в быту?

Ферромагнетизм связан с большими и малыми вещами, включая инструмент, который вы используете для чтения этого блога. Этот исчерпывающий список ферромагнитных материалов разработан, чтобы дать вам лучшее представление о материалах, которые вы найдете на строительных площадках и на свалках, и о том, почему они могут быть такими ценными.

Самый распространенный ферромагнитный материал

Кобальт, железо и никель являются распространенными ферромагнитными материалами. Технически магнетит не является металлом. Хотя Fe3O4 имеет металлическую поверхность, он образуется при окислении железа до оксида. Кобальт, один из переходных металлов, имеет температуру Кюри 1388 К.

Как магнетит классифицируется как ферромагнитный материал?

Кроме того, металлические сплавы и редкоземельные магниты также классифицируются как ферромагнитные материалы.Магнетит представляет собой ферромагнитный материал, образующийся при окислении железа до оксида. Он имеет температуру Кюри 580°C. Раньше его считали магнитным веществом.

Самый ферромагнитный материал в воде

Относительно новым классом чрезвычайно прочных ферромагнитных материалов являются редкоземельные магниты. Они содержат лантаноидные элементы, которые известны своей способностью переносить большие магнитные моменты в удачно расположенных форбиталях.

Что такое температура Кюри ферромагнитного вещества?

Температура T c называется температурой Кюри и различна для каждого ферромагнетика.Большинство ферромагнетиков имеют относительно высокую температуру Кюри для никеля, температура Кюри составляет около 360 °С, для железа — 770 °С, для кобальта — 1121 °С. Гадолиний, использованный в этом опыте, имеет температуру Кюри около 20 °С.

Какой материал притягивается магнитным полем?

Напротив, парамагнетики и ферромагнетики притягиваются к магнитному полю. Диамагнетизм — это квантово-механический эффект, который возникает во всех материалах, хотя он является единственным источником магнетизма, материал называется диамагнетиком.

Какое вещество обладает самым сильным диамагнитным эффектом?

Вещества, наиболее подверженные диамагнитному поведению, называются диамагнетиками или сдвиговыми магнитами.

Ферромагнитные материалы слабо притягиваются к магнитам?

Ферромагнитные металлы сильно притягиваются к магнитам, а другие нет. Магниты также притягивают парамагнитные металлы, но очень слабо. Диамагнитные металлы отталкивают магнит, хотя сила обычно очень мала.Ферромагнитные металлы сильно притягиваются магнитной силой.

Какие ферромагнитные материалы используются

Ферромагнитные материалы используются в самых разных областях, наиболее распространенными из которых являются постоянные магниты, сердечники трансформаторов, магнитные ленты и носители информации. Они также используются для двигателей, датчиков и трансформаторов. Типы ферромагнитных материалов.

Определение некоторых ферромагнитных материалов

Большинство ферромагнитных материалов являются металлами.Типичными примерами ферромагнетиков являются железо, кобальт, никель и т. д. Кроме того, сплавы металлов и редкоземельные магниты также классифицируются как ферромагнитные материалы. Магнетит представляет собой ферромагнитный материал, образующийся при окислении железа до оксида.

Из каких ферромагнитных материалов образуются

Типичными примерами ферромагнетиков являются железо, кобальт, никель и т. д. Кроме того, сплавы металлов и редкоземельные магниты также классифицируются как ферромагнитные материалы. Магнетит представляет собой ферромагнитный материал, образующийся при окислении железа до оксида.Имеет температуру Кюри 580°С.

Какие существуют типы магнитных материалов?

Наиболее распространенным магнитным материалом является сталь, сплав (смесь) железа, других металлов и углерода. Чистое железо намагничивается в магнитном поле, но не остается магнитным. Сталь может образовывать постоянный магнит.

Что представляют собой все магнитные металлы?

Магнитные металлы включают железо, никель, кобальт и большинство их сплавов. Некоторые виды стали являются магнитными, а другие нет. К немагнитным металлам относятся алюминий, медь, свинец, олово, титан и цинк, а также такие сплавы, как латунь и бронза.

Что верно в отношении ферромагнетиков в химии

Ферромагнетизм обычно наблюдается в материалах с частично заполненными внешними валентными слоями. Ферромагнитные материалы имеют параллельное расположение моментов, что приводит к большой общей намагниченности даже без магнитного поля. Однако такое выравнивание магнитных моментов не означает, что само ферромагнитное соединение является магнитным.

Что верно в отношении ферромагнитных материалов в воде

Ферромагнитные материалы являются магнитными материалами. Они способны генерировать постоянные магниты. Магнитные моменты многих атомов выровнены параллельно друг другу. Они создают сильное намагничивание материала. Они содержат неспаренные электроны. Следовательно, ферромагнитный материал обладает магнетизмом.

Какие магниты имеют внешнее магнитное поле?

Постоянные магниты (материалы, которые могут намагничиваться внешним магнитным полем и остаются намагниченными после снятия внешнего поля) являются ферромагнитными или ферримагнитными, как и материалы, которые сильно притягиваются к ним.

Почему в частично заполненных оболочках возникает ферромагнетизм?

Только атомы с частично заполненными слоями (неспаренными спинами) могут иметь чисто магнитный момент, поэтому ферромагнетизм возникает только в материалах с частично заполненными слоями. Согласно правилу Хунда, первые электроны в оболочке стремятся иметь одинаковый спин, что увеличивает общий дипольный момент.

Что требуется для размагничивания насыщенного магнита?

Для размагничивания насыщенного магнита необходимо приложить определенное магнитное поле, и этот порог зависит от силы коэрцитивного поля соответствующего материала.Твердые материалы имеют высокую напряженность вынужденного поля, а мягкие материалы имеют низкую напряженность вынужденного поля.

Почему воду считают диамагнетиком?

Следовательно, вода диамагнитна. Это связано с тем, что электроны движутся по-разному в разных типах молекул. Диамагнитные и парамагнитные явления зависят от наличия внешнего магнитного поля.

Какой единственный ферромагнитный элемент в периодической таблице?

В ферромагнетизме очень немногие элементы являются ферромагнитными, включая железо, кобальт и никель.Когда вы говорите о магнитных материалах, вы часто говорите о ферромагнитных материалах, потому что это единственный тип магнетизма, который легко наблюдать в повседневной жизни.

Что верно в отношении используемого ферромагнитного материала

Исторически термин ферромагнетизм использовался для обозначения любого материала, который может проявлять спонтанную намагниченность: чистый магнитный момент в отсутствие внешнего магнитного поля, то есть любой материал, который может стать магнит. Это общее определение используется до сих пор.

Каковы некоторые примеры магнитных материалов?

Магнитные материалы. Магнитные материалы — это материалы, которые могут притягиваться или отталкиваться во внешнем магнитном поле и намагничиваться. Примеры: железо или его сплавы, используемые в различных электроприборах, таких как генераторы, телевизоры, записывающие устройства, компьютерные запоминающие устройства с магнитными сердечниками и т. д.

Какие минералы являются магнитными?

Большинство основных магнитных минералов на Земле представляют собой оксиды железа и титана.Их состав целесообразно представлять на тройной диаграмме с осями, соответствующими соотношениям Ti 4+, Fe 2+ и Fe 3+.

Что верно в отношении структуры ферромагнитного материала

Ферромагнетизм — это физическое явление, при котором одни материалы, не имеющие электрического заряда, сильно притягивают другие. Два природных материала, магнетит (или магнетит, оксид железа, Fe 3 O 4) и железо, обладают способностью приобретать такие силы притяжения и часто называются природными ферромагнетиками.

Что верно в отношении ферромагнитного материала made

Как вы знаете, ферромагнитные материалы состоят из небольших участков, которыми можно манипулировать, как крошечными магнитами. Эти маленькие магниты ориентированы в случайных направлениях, так что сильное магнитное поле из-за всех маленьких доменов уравновешивается и не создает само магнитное поле.

Что верно в отношении ферромагнитного материала в почве

Ферромагнитные материалы имеют параллельное расположение моментов, что приводит к большой общей намагниченности даже без магнитного поля.Однако такое выравнивание магнитных моментов не означает, что само ферромагнитное соединение является магнитным.

Каковы требования к теории ферромагнетизма?

Другим требованием ферромагнетизма является некая межатомная сила, которая удерживает магнитные моменты многих атомов параллельными друг другу.

Почему ферромагнитные материалы делятся на магнитные домены?

Ферромагнетики спонтанно распадаются на магнитные домены, поскольку обменное взаимодействие является силой ближнего действия.В результате тенденция магнитных диполей к уменьшению энергии и ориентации их в противоположных направлениях возрастает на больших расстояниях от многих атомов.

Что делает что-то диамагнитным?

Диамагнетизм относится к способности материала создавать противоположное магнитное поле при воздействии сильного излучения. Эффект создается за счет изменения траектории электронов, которые создают крошечные токи для противодействия магнетизму от внешних источников.

В чем разница между диамагнетиком и парамагнетиком?

Основное различие между парамагнетиками и диамагнетиками заключается в том, что парамагнетики притягиваются внешними магнитными полями, а диамагнетики отталкиваются магнитными полями.

Какие металлы не магнитятся?

Магнитные металлы включают железо, никель, кобальт и большинство их сплавов. Некоторые виды стали являются магнитными, а другие нет. К немагнитным металлам относятся алюминий, медь, свинец, олово, титан и цинк, а также такие сплавы, как латунь и бронза. Драгоценные металлы, такие как золото и серебро, не обладают магнитными свойствами.

Что означает диамагнетизм?

Диамагнетизм (прил.) Относится к явлению диамагнетизма, которое занимает или изначально занимает положение, перпендикулярное силовым линиям магнитного поля.См. парамагнетик.

Ферромагнитная посуда

Ферромагнитная посуда полностью изготовлена ​​из магнитных материалов или содержит слой магнитных материалов, который притягивает их. Если на индукционной плите используется посуда из неферромагнитного материала, конфорка не распознает ее и не будет взаимодействовать с генерируемой электромагнитной энергией.

Какие марки кастрюль и сковородок самые лучшие?

Лучшие марки кастрюль и сковородок #1. AllClad №2. Анолон №3. Кальфалон №4.Циркулон №5. Кухня № 6. Farberware Заключительные мысли Оставить комментарий Отменить ответ.

Что такое посуда с магнитной индукцией?

Индукционная посуда относится к посуде, специально разработанной для использования на индукционных варочных панелях. Кастрюли и сковороды должны быть особенно чувствительны к магнитному полю, создаваемому этими типами горелок, которые расположены под плоской верхней частью плиты.

Что такое индукционная посуда?

Индукционная посуда — это части посуды, специально предназначенные для индукционных плит.В основном, большинство кухонной утвари, доступной на рынке, поддерживают индукционную варочную панель.

Ферромагнитное определение для детей

KidzSearch Безопасная Википедия для детей. Ферромагнетизм является свойством многих материалов, таких как железо. Они магниты, поэтому притягиваются или притягиваются к другим магнитам. В физике существует множество типов магнетизма. Ферромагнетизм самый сильный.

Как намагничиваются ферромагнитные материалы?

Как намагничиваются материалы? Ферромагнитные материалы, такие как железо, никель и кобальт, намагничиваются, когда их помещают в магнитное поле магнита. Мы все видели, как постоянный магнит собирает такие предметы, как скрепки, гвозди и железные опилки.

Является ли никель ферромагнитным

Никель является наименее магнитным из трех. Добавление трех ферромагнитных металлов вместе с дополнительными элементами создает чрезвычайно сильный магнит, называемый магнитом алнико. Этот сплав также хорошо проводит тепло и электричество.

Может ли никель притягиваться к магнитам?

Элемент никель (Ni) является одним из немногих ферромагнитных металлов.Ферромагнетик означает, что они притягиваются к магнитам и могут намагничиваться. Большинство металлов не магнитятся, за исключением железа, никеля, кобальта, гадолиния, неодима и самария.

Никель магнитный или немагнитный?

Никель обладает магнитными свойствами, поэтому никелевые слитки, десятицентовики и никелированный стальной никель также обладают магнитными свойствами. Когда магнитный тест был впервые использован для отделения металлов от монет, они были устаревшими магнитами.

Прилипает ли никель к магниту?

Никель обладает магнитными свойствами, и даже малая толщина слоя прилипает к магниту.Благодаря никелированию ювелирных изделий из стерлингового серебра или серебряных монет родиевое покрытие лучше прилипает к серебру, и это часто можно увидеть.

Каковы некоторые примеры ферромагнитных материалов?

Примерами ферромагнитных материалов являются железо, кобальт, никель, сплавы этих металлов, некоторые сплавы редкоземельных металлов и некоторые сплавы марганца. Антиферромагнетизм — В отличие от ферромагнетиков собственные магнитные моменты валентных электронов в антиферромагнитной области направлены в противоположные стороны (антипараллельно).

Что такое ферромагнитные материалы?

Ферромагнитные материалы. Ферромагнитные материалы — это вещества, которые проявляют сильный магнетизм в одном направлении поля, когда к ним приложено магнитное поле.

Как работают ферромагнитные материалы?

Ферромагнетик — это материал, работающий по принципу ферромагнетизма, основного механизма, посредством которого ферромагнитные материалы, такие как сплавы железа, приобретают свойства магнитов и образуют постоянные магниты или притягиваются к магниту.

Каково определение парамагнетика?

Определение парамагнетизма. : являющееся или относящееся к намагничивающемуся веществу (например, алюминию), которое имеет слабую, но положительную чувствительность, мало меняющуюся с силой намагничивания. -.

Какие ионы являются парамагнитными?

Парамагнитные материалы включают кислород и различные ионы металлов, таких как Fe (железо), Mg (магний) и Gd (гадолиний). Эти ионы имеют неспаренные электроны, что приводит к положительной магнитной чувствительности.Амплитуда этой чувствительности меньше, чем у ферромагнитных материалов.

Каковы некоторые примеры парамагнетиков?

Примеры парамагнитных материалов. Известные примеры: алюминий. Марганец. Платина, хрустальная корона. Раствор солей железа и кислорода. Если стержень из парамагнитного материала висит между полюсными наконечниками электромагнита, он располагается параллельно силовым линиям.

Ферромагнетизм

Ферромагнетизм
Next: Граничные условия для и Up: Диэлектрические и магнитные среды Предыдущий: Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость Однако существует третий класс магнитных материалов, называемый ферромагнитные материалы. Такие материалы характеризуются возможная постоянная намагниченность и, как правило, оказывают сильное влияние на магнитные поля ( т.е. , ). К сожалению, ферромагнитные материалы обычно не проявляют линейной зависимости. зависимость между и , или и , так что мы не можем использовать уравнения. (866) и (867) с постоянными значениями из и . По-прежнему целесообразно использовать уравнение (867) как определение , с . Тем не мение, эта практика может привести к трудностям при определенных обстоятельствах.Проницаемость ферромагнитного материала, как определено уравнение (867), может изменяться во всем диапазоне возможных значений от нуля до бесконечности и может быть как положительным, так и отрицательным. Большинство разумный подход заключается в рассмотрении каждой проблемы, связанной с ферромагнитными материалами. отдельно попробуйте определить, какая область — диаграммы важно для конкретного случая, и тогда делать соответствующие приближения в этот регион.
Рис. 48:

Сначала рассмотрим ненамагниченный образец ферромагнитного материала.Если напряженность магнитного поля, изначально равная нулю, увеличивается монотонно , то — отношение описывает кривую, подобную той, что показана на рис. 48. Это называется кривая намагничивания . Очевидно, что проницаемости производные от кривой (согласно правилу ) являются всегда положительные и показывают широкий диапазон значений. Максимальная проходимость происходит на «колене» кривой. В некоторых материалах это максимальная проницаемость равна . Причина для излом кривой состоит в том, что намагниченность достигает максимальное значение в материале, так что

(869)

продолжает увеличиваться в целом только из-за срок.Максимальное значение называется намагниченностью насыщения материала.

Далее рассмотрим ферромагнитный образец, намагниченный с помощью описанной выше процедуры. Если напряженность магнитного поля уменьшается, то — отношение не следует обратно вниз по кривой рис. 48, а вместо этого движется по новой кривой, изображенной на рис. 49, в точку . Таким образом, намагниченность, установившись однажды, не исчезает при удалении из . Фактически, требуется обратная магнитная напряженность, чтобы уменьшить намагниченность до нуля.Если продолжает наращивать в обратном направлении, то (и следовательно ) становится все более отрицательным. Ну наконец то, при повторном увеличении рабочая точка следует за нижней кривой рис. 49. Таким образом, кривая — для увеличение сильно отличается от уменьшения . Это явление известно как гистерезис .

Рис. 49:

Кривая, показанная на рис. 49, называется петлей гистерезиса материала. обсуждаемый.Значение в точке называется сохраняемость или остаточная сохраняемость . Величина в точка называется коэрцитивной силой . это очевидно, что во втором и четвертом квадрантах отрицательно петли и положительные в первом и третьем квадрантах. Форма петли гистерезиса зависит не только от характера ферромагнитного материала, но и от максимального значения которым был подвергнут материал. Однако, как только этот максимум ценность, , становится достаточно большой, чтобы вызвать насыщение материала, петля гистерезиса не меняет форму при дальнейшем увеличить в .

Ферромагнитные материалы используются либо для направления магнитного потока ( например, , вокруг трансформаторных цепей) или в качестве источников магнитного поля. поле ( например , постоянные магниты). Для использования в качестве постоянного магнита Материал сначала намагничивают, помещая его в сильное магнитное поле. поле. Однако, как только магнит удаляется из внешнего поля подлежит размагничиванию. Таким образом, жизненно важно что постоянный магнит должен обладать как большой остаточной намагниченностью, так и большим принуждение.Как станет ясно позже, это, как правило, хорошая идея для ферромагнитных материалов используется для направления магнитного потока вокруг цепей трансформатора для обладают малыми остатками и малыми коэрцитивными силами.



Next: Граничные условия для и Up: Диэлектрические и магнитные среды Предыдущий: Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость
Ричард Фицпатрик 2006-02-02

Магнитные домены
Ферромагнетизм

Примеры ферромагнитных материалов включают железо, кобальт, никель и сплав под названием Alnico.Атомы в этих материалах обладают постоянными магнитными моментами, и имеет место явление, называемое обменной связью, при котором магнитные моменты соседних атомов выстраиваются в линию друг с другом. Это формирует домены, небольшие окрестности, где магнитные моменты выровнены. Типичные размеры доменов составляют от 0,1 до 1 мм.

Когда ферромагнитный материал не намагничен, он все еще имеет домены, но домены имеют случайные направления намагниченности. Если внешнее поле включено, происходят две вещи.Домены, выровненные с полем, растут за счет доменов, выровненных против поля, и направление намагниченности внутри каждого домена имеет тенденцию смещаться в сторону направления приложенного поля.

Каково направление приложенного магнитного поля в моделировании?

  1. слева
  2. справа
  3. вверх
  4. вниз

Если внешнее поле убрать, ферромагнитный материал не вернется в исходное состояние, но сохранит часть своей результирующей намагниченности.Степень сохранения намагниченности зависит от материала.

В «жестком» ферромагнитном материале трудно сдвинуть домены, поэтому значительная часть намагниченности сохраняется при снятии внешнего поля. Так делают постоянные магниты.

В «мягком» ферромагнитном материале домены более точно следуют внешнему полю, и после снятия внешнего поля остается не так много чистой намагниченности. Хорошим применением этого является электромагнит, который имеет сильное магнитное поле при включении тока и очень слабое поле при отключении тока.

Ферромагнитный материал имеет кривую гистерезиса , которая показывает результирующее поле как функцию H. Например, в случае цилиндрического куска ферромагнетика с намотанной на него проволокой это можно интерпретировать как график суммарного поля как функции тока через катушку, поскольку ток циклически изменяется от некоторого максимума в одном направлении до такого же максимума в другом.

Кривая двузначная — значение B, суммарное поле, зависит не только от магнитного поля от тока в катушке, но и от того, увеличивается или уменьшается ток.B обычно отстает от H, потому что домены не любят меняться.

Площадь, ограниченная кривой B-H, пропорциональна работе, необходимой для перемещения материала по одному циклу.

Еще одной особенностью графика является то, что он выравнивается при больших значениях. Это известно как насыщение, точка, в которой большинство доменов выровнены и, по существу, достигается максимум M . Увеличение тока в катушке после этой точки не принесет вам многого.

Магнитные домены — MagLab

В ферромагнитных материалах меньшие группы атомов объединяются в области, называемые доменами, в которых все электроны имеют одинаковую магнитную ориентацию. Вот почему вы можете намагнитить их. Посмотрите, как это работает в этом уроке.

Электроны — крошечные магниты. У них тоже есть северный и южный полюса, и они вращаются вокруг оси. Это вращение приводит к очень маленькому, но чрезвычайно значительному магнитному полю.Каждый электрон имеет одну из двух возможных ориентаций своей оси.

В большинстве материалов атомы расположены таким образом, что магнитная ориентация одного электрона уравновешивает ориентацию другого. Однако железо и другие ферромагнитные  вещества различаются ( ferrum означает железо на латыни). Их атомный состав таков, что меньшие группы атомов объединяются в области, называемые доменами , в которых все электроны имеют одинаковую магнитную ориентацию.Ниже представлена ​​интерактивная анимация, показывающая, как эти домены реагируют на внешнее магнитное поле.

В ферромагнитном материале , изображенном выше, домены выровнены случайным образом (на иллюстрации показано, как работает это явление, а не фактический размер или форма доменов). Обычно невидимые линии магнитного поля , изображенные красным цветом, исходят от полюсов стержневого магнита . Используйте ползунок Magnet Position , чтобы переместить магнит ближе к ферромагнитному материалу, чтобы он взаимодействовал с силовыми линиями.По мере повторения процесса вы заметите, что домены постепенно выравниваются — с полем стержневого магнита и друг с другом.

К тому времени, когда вы закончите, ферромагнитный материал сам станет постоянным магнитом  , диполем с противоположными полюсами север-юг.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *