페리마그네틱

페리마그네틱 순서

자기순서 : 페로, 반페로, 페리마그네틱의 비교

페리마그네틱 재료는 반강자성처럼 반대되는 자기 모멘트를 가진 원자의 집단을 가진 재료이다.페리마그네틱 재료의 경우, 이러한 모멘트는 크기가 동일하지 않기 때문에 자연 자화가 유지됩니다.^[1]예를 들어 집단이 서로 다른 원자 또는 이온(Fe 및 Fe³⁺ 등²⁺)으로 구성되어 있을 때 발생할 수 있습니다.

강자성은 종종 강자성과 혼동되어 왔다.가장 오래된 것으로 알려진 자성 물질인 자석(FeO₃₄)은 1948년 ^[2]루이 네엘이 페리 자기성을 발견하기 전에 강자석으로 분류되었다.이 발견 이후 하드 드라이브 플래터 및 바이오메디컬 응용 프로그램 등 페리마그네틱 소재의 용도가 많이 발견되었습니다.

역사

20세기까지, 자연적으로 발생하는 모든 자성 물질은 강자석이라고 불렸다.1936년 루이 네엘은 ^[3]반강자성이라고 불리는 새로운 형태의 협동 자성의 존재를 제안하는 논문을 발표했다.MnSb와₂ 함께 일하면서, 프랑스 물리학자 찰스 기요는 자성에 대한 현재의 이론이 물질의 행동을 설명하기에 충분하지 않다는 것을 발견하고,^[4] 그 행동을 설명하는 모델을 만들었다.1948년, 네엘은 기요의 모델의 가정에 기초하여 세 번째 유형의 협동 자성에 관한 논문을 발표했다.그는 그것을 페리 자기라고 불렀다.1970년, Néel은 노벨 ^[5]물리학상과 함께 자기 공로로 상을 받았습니다.

물리적 기원

∙ 자화보상점 아래에는 페리마그네틱 소재가 자성을 띤다.∙ 보상점에서는 자성분끼리 상쇄되어 총 자성모멘트가 0이 된다.∙ 퀴리온도 이상에서는 자성을 잃는다.

페리마그네틱은 강자성, 반강자성과 같은 물리적인 기원을 가지고 있다.페리마그네틱 재료에서 자화는 파울리 배타 원리에 기인하는 쌍극자-다이폴 상호작용 및 교환 상호작용의 조합에 의해서도 일어난다.주된 차이점은 페리마그네틱 물질의 단위 세포에는 다른 유형의 원자가 있다는 것입니다.예를 들어 오른쪽에 있는 그림을 볼 수 있습니다.여기서 자기 모멘트가 작은 원자는 큰 모멘트의 반대 방향을 가리킵니다.이 배열은 반강자성 물질에 존재하는 것과 비슷하지만, 페리마그네틱 물질의 순 모멘트는 크기가 다르기 때문에 0이 아니다.

페리마그네틱은 ^[6]강자석과 마찬가지로 상자성체가 되는 임계 온도를 가지고 있다.이 온도(퀴리 온도라고 함)에서는 2차 위상^[7] 전이가 발생하며 시스템은 더 이상 자연 자화를 유지할 수 없습니다.이는 고온에서는 열운동이 쌍극자의 정렬 경향을 초과할 정도로 강하기 때문입니다.

파생

페리마그네트를 설명하는 방법은 다양하며, 그 중 가장 간단한 것은 평균장 이론입니다.평균장 이론에서 원자에 작용하는 장은 다음과 같이 쓸 수 있다.

${H}}= 오른쪽 화살표 {H}}_{0}+{\ 오른쪽 화살표 {H}}_{m}$

${\overrightarrow {H}}_{0}$ 서 H ${\overrightarrow {H}}_{0}$ $({$ 스타일 ${H}}_{0})$ 은 ${\overrightarrow {H}}_{0}$ 인가된 자기장, ${\overrightarrow {H}}_{m}$ $→$ m({ $디스플레이$ 스타일 ${H}}_{$ m ${\overrightarrow {H}}_{m}$ })은 원자 간의 상호작용에 의해 발생하는 자기장입니다.다음 가정은 다음과 ${\overrightarrow {H}}_{m}=\gamma {\overrightarrow {M}}$ . ${\overrightarrow {H}}_{m}=\gamma {\overrightarrow {M}}$ ${\overrightarrow {H}}_{m}=\gamma {\overrightarrow {M}}$ ${\overrightarrow {H}}_{m}=\gamma {\overrightarrow {M}}$ $→$ M → { displaystyle { \ $overrightarrow$ { $H$ } _ { $m }$ = \ $gamma$ { $overrightarrow$ { $M }$

${\textstyle {\overrightarrow {M}}}$ 서 M $→$ {\ $textstyle$ {\ $overright$ 화살표 { $M}}}$ 은 ${\textstyle {\overrightarrow {M}}}$ 격자의 평균 자화이고 $\gamma$ {\ {\ $displaystyle \display$ }는 $\gamma$ 분자장 계수입니다.M $→$ {\ $textstyle {M}}$ $\gamma$ ${\$ {\ $displaystyle\displaystyle}$ 을 ${\textstyle {\overrightarrow {M}}}$ $\gamma$ (를) 위치 및 방향에 따라 ${\textstyle {\overrightarrow {M}}}$ 할 수 있는 경우 다음과 같은 형식으로 작성할 수 있습니다.

${H}_{i}= 오른쪽 화살표 {H}_{0}+\sum _{k=1}^{n}\sum _{ik}{\ 오른쪽 화살표 {M}_{k}$

${\overrightarrow {H}}_{i}$ 서 H ${\overrightarrow {H}}_{i}$ $($ 스타일 {H} $_{i$ 는 i^th 하부구조에서 작용하는 $\gamma _{ik}$ 이고 $\gamma _{ik}$ i( $표시$ 스타일 $_{$ ik $\gamma _{ik}$ })는^th i 하부구조와^th k 하부구조 사이의 분자장 계수입니다.이원자 격자의 경우 A와 B의 두 가지 유형의 사이트를 지정할 수 있습니다.단위부피당 자기이온수N $N$ (\ $displaystyle$ N $),$ A사이트의 자기이온수 $\lambda$ ${\textstyle \mu =1-\lambda }$ (\ $displaystyle \langda$ B사이트의 자기이온수 ${\textstyle \mu =1-\lambda }$ ${\textstyle \mu =1-\lambda }$ 1 - ${\textstyle \mu =1-\lambda }$ (\ $textstyle \mu$ = $1-\langda$ )를 ${\textstyle \mu =1-\lambda }$ ${\textstyle \mu =1-\lambda }$ 지정할 수 있다.그 결과, 다음과 같이 됩니다.

${\overrightarrow {H}_{a}=\gamma_{a};{\overrightarrow {H}}_{ab}=\gamma_{ab};{\overrightarrow {H}_{b};{\overrightarrow}_{\gamb}_{\gama}_{overright}_arrow}_{\gamba}_{\ga}_verright}_right}_{\gamma}_a$

구조가 동일하지 않으면 $\gamma _{ab}=\gamma _{ba}$ a $\gamma _{ab}=\gamma _{ba}$ $\gamma _{ab}=\gamma _{ba}$ $γ$ $\gamma _{ab}=\gamma _{ba}$ a $\gamma _{ab}=\gamma _{ba}$ { $displaystyle$ \ $displaystyle _$ { $ab$ } = \ $displaystyle _ { aa$ } \ $neq$ \ $displaystyle _$ { $bb}$ $\gamma _{aa}\neq \gamma _{bb}$ $\gamma _{aa}\neq \gamma _{bb}$ b $\gamma _{aa}\neq \gamma _{bb}$ it $\gamma _{aa}\neq \gamma _{bb}$ that it it it it it it it it it 。 $\gamma _{ab}>0$ $\gamma _{ab}<0$ a $\gamma _{ab}<0$ $\gamma _{ab}>0$ $>$ 0 { $displaystyle$ \ $display$ style _ { $ab$ ${\overrightarrow {M}}_{a}$ $}$ 0 $\gamma _{ab}>0$ 은 $→$ a ${$ $\gamma _{ab}<0$ display $style$ \ $} _$ { a $}$ ${\overrightarrow {M}}_{b}$ $M →$ $\gamma _{ab}<0$ → b { $displaystyle$ \ $displaystyle$ _ { $M}$ _ { b $\gamma _{ab}<0$ } $m$ $\gamma _{ab}<0$ alignment alignment alignment $\gamma _{ab}<0$ alignment alignment - - - alignment alignment alignment alignment alignment alignment alignment of of of of of of of of of of of ${\overrightarrow {M}}_{a}$ of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of of페리마그네트의 $\gamma _{ab}<0$ b $\gamma _{ab}<0$ < $\gamma _{ab}<0$ \ $displaystyle$ \ $gamma$ _ { $ab$ $\gamma _{ab}<0$ < $0$ it 、 b $\gamma _{ab}$ \ $displaystyle$ \ $gamma$ _ { $ab$ }을 $\gamma_{ab}$ 양수로 하고 그 앞에 마이너스 기호를 명시적으로 쓰면 편리합니다.그러면 A와 B의 합계 필드에 대해 다음과 같은 정보가 제공됩니다.

${\overrightarrow {H}}_{a}+\gamma_{a}{\overrightarrow {M}-\gamma_{ab}{\overrightarrow {M}_{b}}$

${\overrightarrow {H}}_{b}={0}+\gamma_{bb}{\overrightarrow {M}-\gamma_{ab}{\overrightarrow {M}_{a}}$

또한 상호작용의 강도 비율을 나타내는 $\alpha ={\frac {\gamma _{aa}}{\gamma _{ab}}}$ $\alpha ={\frac {\gamma _{aa}}{\gamma _{ab}}}$ a $\alpha ={\frac {\gamma _{aa}}{\gamma _{ab}}}$ a $b$ a b $\alpha ={\frac {\gamma _{aa}}{\gamma _{ab}}}$ a _ $frac _$ { $a$ } { \ displaystyle \ $}$ = b $\beta ={\frac {\gamma _{bb}}{\gamma _{ab}}}$ $\beta ={\frac {\gamma _{bb}}{\gamma _{ab}}}$ \ $displaystyle$ \ $display$ = b γ a \ displaystyle _ { $bbb$ } { \ $}} which$ $frac$ frac _ { b $\beta ={\frac {\gamma _{bb}}{\gamma _{ab}}}$ $\beta ={\frac {\gamma _{bb}}{\gamma _{ab}}}$ b further further b γ γ γ b a b a a b a b a b 。마지막으로 자화 감소에 대해 설명하겠습니다.

${\overright arrow}_{a}={M}_{a}/\lambda Ng\mu_{B}S_{a}$

${\overright arrow}_{b}={mu Ng\mu _{B}S_{b}$

$($ S_ ${i$ })로 $S_{i}$ i 요소의^th 스핀을 나타냅니다.그런 다음 필드에 대한 정보를 제공합니다.

${\displaystyle {H}_{a}={0}+Ng\mu _{B}S_{a}\gamma _{ab}(\displayda \alpha \alpha \overrightarrow {H}_{a}-\mu)$ ${\displaystyle {H}_{b}=\ng\mu {H}_{0}+{B}_{b}\gamma_{ab}(-\displayda {\overrightarrow {H}_{a}+\mu)$

이 방정식(여기서 생략)에 대한 해는 다음과 같이 주어진다.

$\displaystyle _{a}=B_{S_{a}}(g\mu _{b}S_{a})H_{a}/k_{B}T)}$

$\displaystyle _{b}=B_{S_{b}}(g\mu _{b}S_{b})H_{b}/k_{B}T)}$

$B_{J}(x)$ 서 B J $B_{J}(x)$ ( $B_{J}(x)$ ) $B_{J}(x)$ { $style$ B_ ${J}(x)$ 는 $B_{J}(x)$ Brilouin 함수입니다.현재 가장 간단한 해결 방법은 $S_{a}=S_{b}={\frac {1}{2}}$ $S_{a}=S_{b}={\frac {1}{2}}$ $S_{a}=S_{b}={\frac {1}{2}}$ $S_{a}=S_{b}={\frac {1}{2}}$ $S_{a}=S_{b}={\frac {1}{2}}$ $S_{a}=S_{b}={\frac {1}{2}}$ 1 $S_{a}=S_{b}={\frac {1}{2}}$ { { $displaystyle$ S $_$ { a } = $S$ _ { b } = $spec$ $frac {$ $1$ $} {$ 2 $}$ $S_{a}=S_{b}={\frac {1}{2}}$ 입니다. $B_{\frac {1}{2}}(x)=\tanh(x)$ 1 $B_{\frac {1}{2}}(x)=\tanh(x)$ ( $x$ ) $= tanh$ ( $x$ )이므로 $B_{\frac {1}{2}}(x)=\tanh(x)$ 과 같습니다 $B_{\frac {1}{2}}(x)=\tanh(x)$

$\displaystyle \displayda \displayfrac {a}={\lambda,\alpha,\display}{\alpha \displays -1}{a}+\tanh ^{-1}\tanh _{b}}$

$\displaystyle \mu \tanh _{b}={\frac F(\lambda ,\alpha ,\fac ){\alpha ^{-1}\tanh ^{-1}\tanh _{b}}$

$\tau =T/T_{c}$ / $\tau =T/T_{c}$ c \ $displaystyle$ \ $time$ = $T/T_{c}$ 및 $\tau =T/T_{c}$ $F(\lambda ,\alpha ,\beta )={\frac {1}{2}}(\lambda \alpha +\mu \beta +{\sqrt {(\lambda \alpha -\mu \beta )^{2}+4\lambda \mu }})$ ( $F(\lambda ,\alpha ,\beta )={\frac {1}{2}}(\lambda \alpha +\mu \beta +{\sqrt {(\lambda \alpha -\mu \beta )^{2}+4\lambda \mu }})$ β $F(\lambda ,\alpha ,\beta )={\frac {1}{2}}(\lambda \alpha +\mu \beta +{\sqrt {(\lambda \alpha -\mu \beta )^{2}+4\lambda \mu }})$ , $F(\lambda ,\alpha ,\beta )={\frac {1}{2}}(\lambda \alpha +\mu \beta +{\sqrt {(\lambda \alpha -\mu \beta )^{2}+4\lambda \mu }})$ ) $F(\lambda ,\alpha ,\beta )={\frac {1}{2}}(\lambda \alpha +\mu \beta +{\sqrt {(\lambda \alpha -\mu \beta )^{2}+4\lambda \mu }})$ $F(\lambda ,\alpha ,\beta )={\frac {1}{2}}(\lambda \alpha +\mu \beta +{\sqrt {(\lambda \alpha -\mu \beta )^{2}+4\lambda \mu }})$ 2 ( $F(\lambda ,\alpha ,\beta )={\frac {1}{2}}(\lambda \alpha +\mu \beta +{\sqrt {(\lambda \alpha -\mu \beta )^{2}+4\lambda \mu }})$ + $F(\lambda ,\alpha ,\beta )={\frac {1}{2}}(\lambda \alpha +\mu \beta +{\sqrt {(\lambda \alpha -\mu \beta )^{2}+4\lambda \mu }})$ β + ( $F(\lambda ,\alpha ,\beta )={\frac {1}{2}}(\lambda \alpha +\mu \beta +{\sqrt {(\lambda \alpha -\mu \beta )^{2}+4\lambda \mu }})$ - $F(\lambda ,\alpha ,\beta )={\frac {1}{2}}(\lambda \alpha +\mu \beta +{\sqrt {(\lambda \alpha -\mu \beta )^{2}+4\lambda \mu }})$ μ ) 2 $F(\lambda ,\alpha ,\beta )={\frac {1}{2}}(\lambda \alpha +\mu \beta +{\sqrt {(\lambda \alpha -\mu \beta )^{2}+4\lambda \mu }})$ + $F(\lambda ,\alpha ,\beta )={\frac {1}{2}}(\lambda \alpha +\mu \beta +{\sqrt {(\lambda \alpha -\mu \beta )^{2}+4\lambda \mu }})$ $F(\lambda ,\alpha ,\beta )={\frac {1}{2}}(\lambda \alpha +\mu \beta +{\sqrt {(\lambda \alpha -\mu \beta )^{2}+4\lambda \mu }})$ $)$ ( \ $displaystyle$ F ( \ $lambda$ , \ $lambda$ ) ） = $frac1$ ( \ langbda ) （ \ talfrack ) β ) β ) （ \ $）$ 이러한 방정식은 알려진 해석 솔루션이 없으므로 $\mu$ μ {\ $displaystyle \mu$ 의 $\mu$ 의존성을 구하려면 수치적으로 풀어야 합니다.

온도의 영향

강자성과 달리, 강자성의 자화 곡선의 모양은 상호작용의 강도와 원자의 상대적 풍부함에 따라 많은 다른 형태를 취할 수 있다.이 성질의 가장 주목할 만한 예로는 절대 0에서 임계 온도로 페리마그네틱 재료를 가열하면서 자화 방향을 반전시킬 수 있고, 강자성 물질에서는 발생할 수 없는 페리마그네틱 재료를 임계 온도로 가열하면서 자화 강도를 높일 수 있다.이러한 온도 의존성은 NiFeCrO와_2/5_8/5₄^[8] ^[9]LiFeCeO에서도_1/2_5/4_5/4₄ 실험적으로 관찰되었습니다.

퀴리 온도보다 낮지만 반대되는 자기 모멘트가 같은(순 자기 모멘트가 0이 되는) 온도를 자화 보상점이라고 합니다.이 보정점은 가넷 및 희토류 전이 금속 합금(RE-TM)에서 쉽게 관찰됩니다.또한 페리마그네트는 순각운동량이 소실되는 각운동량 보상점을 가질 수도 있다.이 보정점은 자기 메모리 디바이스에서 고속 자화 반전을 실현하기 위한 중요한 포인트입니다.

외부 필드의 효과

자기장에h 대한 자화

m

이론 모델.원점에서 시작하여 위쪽 곡선이 초기 자화 곡선입니다.포화 후의 하향 곡선은 하한 반환 곡선과 함께 주 루프를 형성합니다.가로채기와는 강압성과 포화상태의 잔존이다.

페리마그네틱스가 외부 자기장에 노출되면, 그들은 자기 이력이라고 불리는 것을 보여주는데, 여기서 자기 거동은 자석의 역사에 따라 달라진다.또한 포화 $M_{rs}$ $M_{rs}$ r $s$ { $displaystyle$ M _ { $rs$ } 。이 자화는 모든 모멘트가 같은 방향으로 정렬할 수 있을 정도로 외부 필드가 강할 때 도달합니다.이 지점에 도달하면 정렬할 모멘트가 더 이상 없기 때문에 자화가 증가할 수 없습니다.외부 필드가 제거되어도 페리마그넷의 자화는 사라지지 않지만 0이 아닌 자화는 유지됩니다.이 효과는 자석의 용도에 자주 사용됩니다.이후 반대 방향의 외부 자기장이 적용될 경우 자석은 M $-M_{rs}$ $(\$ 의 $-M_{rs}$ 자화에 도달할 때까지 더 소자됩니다.이 동작에 의해 히스테리시스 ^[10]루프라고 불리는 것이 발생합니다.

속성 및 용도

페리자성 재료는 높은 저항률과 이방성을 가지고 있다.이방성은 실제로 외부 적용 장에 의해 유도된다.이 인가된 필드가 자기 쌍극자와 정렬되면 순 자기 쌍극자 모멘트를 발생시키고 인가된 자기장에 의해 제어되는 주파수인 라모르 또는 세차 주파수에서 자기 쌍극자가 세차하게 됩니다.구체적인 예로서 이 세차운동과 같은 방향으로 원편광된 마이크로파 신호는 자기 쌍극자 모멘트와 강하게 상호작용한다.반대 방향으로 편광된 경우에는 상호작용이 매우 낮다.상호작용이 강하면 마이크로파 신호가 물질을 통과할 수 있습니다.이 방향성은 아이솔레이터, 순환기 및 자이로이터와 같은 마이크로파 장치의 구성에 사용됩니다.페리마그네틱 재료는 광학 절연체 및 순환기 생산에도 사용됩니다.다양한 암석의 자기 광물은 지구와 다른 행성들의 고대 지자기 성질을 연구하는데 사용된다.그 연구 분야는 고지자기학으로 알려져 있다.또, 자석등의 페리마그네틱을 열에너지 ^[11]저장에 사용할 수 있는 것으로 나타났다.

예

가장 오래된 자성 물질인 마그네타이트는 페리마그네틱 물질이다.결정 구조의 사면체와 팔면체 부위는 반대 스핀을 보인다.기타 알려진 페리마그네틱_1−x 재료로는 이트륨 철가넷(YIG), 알루미늄, 코발트, 니켈, 망간, 아연 등의 다른 원소와 함께 산화철로 이루어진 입방체 페라이트, 레늄 페라이트, ReFeO₂₄, PbFeO₁₂₁₉ 및 BaFeO₁₂₁₉ 및 피라이트 ^[12]등이 있습니다.

페리 자기성은 단분자 자석에서도 발생할 수 있다.Mn(II) 및 Mn(II) 금속 중심과의 ^[13]Mn(IV) 금속 중심에서의 반강자성 상호작용에서 도출된 유효 스핀 S = 10의 도데카핵 망간 분자가 대표적이다.

「」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크

위키미디어 공용의 페리마그네틱 관련 매체

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