Лекция № 12. Магнитные свойства конденсированных твердых тел.

Вопросы:

1) Классификация магнетиков.

2) Диамагнетизм и парамагнетизм твердых тел.

3) Ферромагнетизм. Молекулярное поле Вейсса.

4) Опыт Дорфмана.

5) Обменное взаимодействие и его роль в возникновении ферромагнетизма.

6) Спиновые волны.

7) Антиферромагнетизм и ферримагнетизм.

8) Ферромагнитные домены.

9) Магнитный резонанс.

Классификация магнетиков.

Принято различать три класса магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.

1. Диамагнетизм – явление универсальное. Оно обусловлено законом электромагнитной индукции. В момент включения магнитного поля элементарные молекулярные токи в веществе изменяются таким образом, чтобы воспрепятствовать возникновению внешнего поля, т.е. индуцированный дополнительный магнитный момент направлен против внешнего поля.

2.Парамагнетики. К парамагнетикам относятся вещества, атомы которых имеют незаполненные электронные оболочки, причем число электронов на них должно быть нечетно.

3.Ферромагнетики. В этих веществах между отдельными атомами возникает особый вид взаимодействия, имеющий сугубо квантово-механическое происхождение и поэтому нами не рассматриваемый. Это взаимодействие носит название обменного. Благодаря этому взаимодействию в ферромагнетиках возникают малые, но конечные области – так называемые домены, где все атомные магнитные моменты оказываются упорядоченными так, что каждый домен намагничен.

Диамагнетизм и парамагнетизм твердых тел.

Если в неметаллическом кристалле имеются атомы с частично заполненными внутренними оболочками, то вещество представляет собой парамагнетик.

По классификации, предложенной Дж. Ван-Флеком, следует различать три типа кристаллических парамагнетиков неметаллов:

1. Кристаллы со слабой межионной связью.

2. Кристаллы с «замороженными» орбитальными моментами.

3. Кристаллы с «замороженными» орбитальными и спиновыми моментами.

Одной из причин результирующего диамагнетизма некоторых металлов является то, что в них из-за малой плотности состояний невелик парамагнетизм электронного газа.

Ферромагнетизм. Молекулярное поле Вейсса.

Ферромагнетизм - магнитоупорядоченное состояние вещества, в котором большинство атомных магнитных моментов параллельны друг другу, так что вещество обладает самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью.

Молекулярное поле Вейсса.

Согласно Вейссу внутреннее магнитное поле подобно внешнему магнитному полю в парамагнетиках и создает в кристалле ферромагнетика параллельную ориентацию магнитных моментов атомов в отсутствие внешнего магнитного поля (B = 0).

- закона Кюри–Вейсса.

Хотя тепловое движение атомов и разрушает дальний порядок в расположении спиновых магнитных моментов, некоторый спиновый порядок, хотя и более слабый, все же продолжает существовать. Он представляет собой своего рода ближний порядок в расположении спинов, когда данный атом окружен небольшой областью, в которой спины более или менее одинаково ориентированы. Это явление существует, по-видимому, во всех ферромагнитных твердых телах при температуре выше точки Кюри.

Опыт Дорфмана.

Опыт Дорфмана Я.Г. (1927г.) - немагнитная природа внутреннего молекулярного поля в ферромагнетике. Если фольга намагничена до насыщения и поле Вейса имеет магнитную природу, то отклонение электронного пучка должно управляться эффективным полем B_a + B_w, существенно более сильным (B_w ~ 10³ Тл). В эксперименте Дорфмана же отклонение соответствовало эффективному полю B_a ~ 1 Тл, что свидетельствовало в пользу электростатической природы поля Вейса.
- Схема опыта Дорфмана.