Основні типи магнітної поведінки речовин Основні типи

Основні типи магнітної поведінки речовин

Основні типи магнітної поведінки речовин

Основні типи магнітної поведінки речовин Парамагнетик Феромагнетик Антиферомагнетик Ферімагнетик

Основні типи магнітної поведінки речовин

Діамагнетизм

Діамагнетизм Діамагнітна сприйнятливість: • негативна; • не залежить від зовнішнього магнітного поля; • не залежить від температури • приклади: H 2 O, Cu, Ag, Bi, C 6 H 6 діа -1· 10 -6 см 3 г-1 Рівняння Ланжевена; Поль Ланжевен (1872 -1946)

Діамагнетики Речовина Вісмут Золото Срібло Мідь Вода CO 2 H 2 g Ne

Молекулярний діамагнетизм

Константи Паскаля (× 106 см 3·моль-1)

Константи Паскаля (× 106 см 3·моль-1)

Структурні поправки (× 106 см 3·моль-1)

Приклад

Приклад

Приклад

Формула Кірквуда n – число електронів іона α – електронна пояризованість іона R – експериментально визначена рефракція

Діамагнітна левітація

Парамагнетизм Парамагнітна сприйнятливість: • позитивна; • не залежить від зовнішнього магнітного поля; • залежить від температури • приклади: O 2, Al, Pt, Gd, Cu. SO 4· 5 H 2 O пара -1000· 10 -6 см 3 г-1

Закон Кюрі-Вейсса Пьєр Кюрі (1859 -1906)

Вирази Ланжевена для закону Кюрі

Залежність магнітної сприйнятливості, оберненої магнітної сприйнятливості та добутку магнітної сприйнятливості на температуру від температури для парамагнетиків

Температурна залежність оберненої молярної магнітної сприйнятливості для сполуки Cr(NH 3)6]Br 3. Експериментальні точки позначені квадратами, їх лінійна апроксимація – суцільною лінією.

Графіки температурної залежності молярної магнітної сприйнятливості (а), оберненої молярної магнітної сприйнятливості (б) та магнітного моменту (в) для комплексів хрому(ІІІ) з константою Вейсса , що дорівнює 0, -1 та +1.

Парамагнетики Речовина Кисень (1 атм) Натрій Алюміній Вольфрам Платина Кисень (-200 С) Гадоліній g Ne

Температурно-незалежний парамагнетизм • Причина: примішування до хвильової функції основного стану хвильових функцій термічно незаселених збуджених станів, зв'язаних з основним орбітальним оператором • Приклади: низькоспінові комплекси кобальту(ІІІ), перманганати, хромати Для сполук кобальту(ІІІ) перший збуджений синглетний стан 1 T 1 лежить вище основного стану 1 A 1 на 16000 - 21000 см-1 [Co(NH 3)6]3+ E = 21000 см-1 ТНП = 4/ (1 T 1) = 1, 95· 10 -4 см 3 моль-1

Феромагнетизм • Кооперативний магнетизм, що призводить до дальнього упорядкування, при якому за рахунок обмінної взаємодії реалізується тенденція спінів до паралельного упорядкування по всій 3 D-структурі • можуть виявляти (а можуть і ні) спонтанну постійну магнетизацію (при Н = 0) • на макроскопічному рівні енергетично більш вигідним виявляється сегрегація на домени (10 -8 - 10 -12 м 3 з 1021 - 1017 атомів). • критична температура: TС (температура Кюрі) • вище TС - парамагнетик

Феромагнетизм • TС прямо пропорційна S(S+1) • переміщення «стінок» доменів потребує витрати енергії Þ гістерезис • накладання зовнішнього поля призводить до збільшення розміру упорядкованих доменів • магнетизація залишається при «відключенні» зовнішнього поля (залишкова магнетизація) • F > 102 • 10 -6 см 3/г • приклади: Fe, Co, Ni, Gd, Dy, Eu. O

Феромагнетики Спонтанне розташування моментів Температурна залежність оберненої молярної магнітної сприйнятливості

Феромагнетики Температурна залежність магнетизації та оберненої молярної магнітної сприйнятливості згідно до теорії Вейсса

Феромагнетики Температурна та польова залежність магнетизації

Феромагнетики Порівняння температурної та польової залежності магнітної сприйнятливості для феромагнетиків та парамагнетиків

Феромагнітні домени а) Випадкова орієнтація б) Преференційне упорядкування

Феромагнетики Випадкове розташування доменів у двовимірному феромагнетику

Феромагнетики Оціночні розміри одиничних доменів для сферичних частинок

Феромагнетики Магнітний гістерезис

Феромагнетики Магнітний гістерезис

Феромагнетики Криві магнетизації феромагнетика при 4, 7 К (кола) та при 2 К (трикутники)

Феромагнетики Криві магнетизації феромагнетика при різних значеннях напруженості зовнішнього поля

Феромагнетики Криві магнетизації для Fe, Co, Ni при кімнатній температурі Ms (ferro) >> M (para)

Феромагнетики Температурна залежність спонтанної намагниченості Температурна залежність магнетизації насичення для Fe, Co, Ni

Феромагнетики Електромагніти: Висока MR , низька HC Електромагнітні реле: Висока Msat, низька MR , низька HC Магнітні записуючі матеріали: Висока MR та відносно висока HC Постійні магніти: Висока MR та відносно висока HC

Антиферомагнетизм • Кооперативний магнетизм, що призводить до дальнього упорядкування, при якому за рахунок обмінної взаємодії реалізується тенденція спінів до антипаралельного упорядкування • спонтанна магнетизація відсутня • постійна магнетизація відсутня • критична температура: TN (температура Нееля) • вище TN Þ парамагнетик • AF 0 - 102 • 10 -6 см 3/г • приклади: Mn. O, Mn. S, Mn. Te, Mn. F 2, Fe. Cl 2, Fe. O, Co. O, Ni. O, Co. Cl 2, Ni. Cl 2, Cr

Антиферомагнетики MA = -MB Спонтанне розташування моментів Температурна залежність оберненої молярної магнітної сприйнятливості

Температурна залежність молярної магнітної сприйнятливості для [N(C 2 H 5)4][Fe. Cl 4]

Ферімагнетизм • потрібна наявність двох хімічно нетотожних носіїв неспареної електронної густини з різними моментами • моменти спарюються антиферомагнітно • критична температура: TС (температура Кюрі) • феноменологічна поведінка дуже подібна до феромагнетиків • приклади: магнетит Fe 3 O 4, MO·Fe 2 O 3 (M = Ni, Mn, Fe),

Ферімагнетики |MA| |MB| Спонтанне розташування моментів Температурна залежність оберненої молярної магнітної сприйнятливості

Ферімагнетики Температурна залежність магнетизації (два найбільш типових випадки)

Ферімагнетики Температурна залежність магнетизації Tcomp – температура компенсації магнетизації (|MA| = |MB|)

Температурна залежність оберненої молярної магнітної сприйнятливості для [Cr(en)3]3[Fe. Cl 6]Cl 6·H 2 O

Залежність молярної магнітної сприйнятливості від температури для різних типів магнетиків Феромагнетик Парамагнетик Антиферомагнетик T, K

Залежність добутку молярної магнітної сприйнятливості на температуру від температури для різних типів магнетиків Феромагнетик Парамагнетик Ферімагнетик Антиферомагнетик T, K

Залежність оберненої молярної магнітної сприйнятливості від температури для різних типів магнетиків Антиферомагнетик Парамагнетик Феромагнетик T, K