Aug 30, 2018

マグネットの自然

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1、反磁性

磁化Mが負の場合、固体は反磁性を示す。 Bi、Cu、Ag、Auなどの金属は、そのような特性を有する。 外部磁場では、磁化された媒体内の磁気誘導は、真空中の磁気誘導Mよりも小さい。 反磁性物質の原子(イオン)の磁気モーメントはゼロでなければならない。すなわち、永久磁気モーメントはない。 反磁性材料が外部磁界中に置かれると、外部磁界は電子軌道を変化させ、外部磁界の方向と反対の磁気モーメントを誘発し、これは反磁性として表される。 したがって、反磁性は、原子中の電子軌道の状態の変化に由来する。 反磁性材料の反磁性抵抗は一般に弱く、磁化率Hは一般に約-10-5であり、これは負の値である。

2、常磁性

常磁性物質の主な特徴は、印加された磁場が存在するか否かにかかわらず、原子の内部に永続的な磁気モーメントがあることである。 しかし、外部磁場が存在しない場合、常磁性物質の原子の不規則な熱振動のために、肉眼では磁気が存在しない。 外部磁場の作用下では、各原子の磁気モーメントは比較的規則的に配向しており、その物質は非常に弱い磁気特性を示す。 磁化は、外部磁場の方向と一致し、正であり、外部磁場Hに厳密に比例する。常磁性材料の磁気特性は、Hに加えて温度に依存する。磁化率Hは、ここでCは常磁性物質の磁化と磁気モーメントの大きさに依存してキュリー定数と呼ばれる。 常磁性材料の磁化率は一般に小さく、室温では約10である。 一般に遷移元素、希土類元素、鉄元素、アルミニウムや白金などの殻で満たされていない奇数個の電子を含む原子や分子は常磁性物質である。

3、強磁性

Fe、Co、Niなどの材料の場合、磁化率は室温で10〜3桁に達する可能性があり、このような材料の磁気特性は強磁性と呼ばれます。 強磁性材料は、弱い磁場においても非常に高い磁化を得ることができ、外部磁場を除去すると強い磁気特性を保持する。 磁化率は正の値であるが、外部磁界を増加させると、磁化が急速に飽和するのでHが小さくなる。

強磁性材料は、主として強い内部交換磁界のために、非常に磁気である。 強磁性材料の交換エネルギーは正で大きいので、隣接する原子の磁気モーメントは(定常状態に対応して)平行に配向され、材料の内部には多くの小さな領域、磁区が形成される。 各磁区は約1015個の原子を有する。 これらの原子の磁気モーメントは、結晶内部に「分子場」と呼ばれる強い内部場が存在すると仮定して、同じ方向に配置され、「分子場」は、各磁区を自動的に磁化するのに十分である。

この自己生成磁化を自発磁化といいます。 その存在により、弱い磁場で強磁性体を強く磁化することができる。 したがって、自発磁化は強磁性材料の基本的特徴であり、強磁性材料と常磁性物質との間の相違点でもある。

強磁性体の強磁性は特定の温度以下にしか現れない。 この温度を超えると、材料内部の熱乱れにより強磁性体の自発磁化がゼロとなり、強磁性体の強さが消滅する。 この温度はキュリー点と呼ばれます。 キュリー点より上では、材料は強い常磁性を示し、磁化率と温度秩序との関係は、キュリー(Curie) - 外部の法則であるCはキュリー定数である。

4、反強磁性

反強磁性とは、電子スピンが反平行に配列していることを意味する。 同じサブ格子では、自発磁化があり、電子磁気モーメントは同じ方向に並んでいる。 異なるサブ格子において、電子磁気モーメントは逆方向に配列される。 2つの副格子内の自発磁化は、結晶全体と同じ大きさであり、反対方向である。 反強磁性材料は、主にMnOのような非金属化合物である。

いずれの温度においても、反強磁性体の自発磁化は観察されないので、巨視的な性質は常磁性であり、MとHは同じ方向にあり、磁化率は正である。 温度が高い場合、それは非常に小さい。 温度が低下して徐々に上昇する。 特定の温度では、最大値に達する。 これは、反強磁性体のキュリー点またはニール点と呼ばれる。 ニールポイントの存在についての説明は、非常に低い温度では、隣接する原子のスピンが完全に逆転するので、磁気モーメントはほぼ完全に相殺されるので、磁化率はほぼゼロに近い。 温度が上昇すると、スピン反転の効果は弱まり、増加する。 温度がニールポイントを上回ると、熱の乱れの影響が大きく、反強磁性体は常磁性体と同じ磁化挙動を示す。


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