Из чего возникает наш «личный магнетизм» ? Чем это качество «намагничено»?


. Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983
. — 1) особая форма взаимодействия электрич. токов и магнитов (тел с магнитным моментом )между собой и токов с магнитами. 2) Раздел физики, изучающий это взаимодействие и свойства веществ, в к-рых М. проявляется.. Основные проявления магнетизма. Магн
взаимодействие пространственно разделённых тел осуществляется магнитным полем H к-рое, как и электрич. поле Е, представляет собой проявление эл.-магн. формы движения материи (см. Электромагнитное поле). Между электрич. и магн. полями нет полной симметрии: источниками К являются электрич
заряды, но магн. зарядов ( магнитных монополей )пока не наблюдали, хотя теория (см. Великое объединение )предсказывает их существование. Источник магн. поля Н — движущийся электрич. заряд, т. е
электрич. ток. В атомных масштабах движение электронов и протонов создаёт орбитальные микротоки, связанные с переносным движением этих частиц в атомах или атомных ядрах; кроме того, наличие у микрочастиц спина обусловливает существование у них спинового магн. момента. Поскольку электроны, протоны и нейтроны, образующие атомные ядра, атомы, молекулы и все макротела (газы, жидкости, кристаллич. и аморфные твёрдые тела) имеют собств. магн
момент, то, в принципе, все вещества подвержены влиянию магн. поля — обладают магн. свойствами, т. е. являются магнетиками.. Известны два осн. эффекта воздействия внеш
магн. поля H вн на вещества: 1) по закону электромагнитной индукции при помещении тела в поле Н вн в теле возникает индукц. ток, магн. поле к-рого направлено против Н вн( Ленца правило), т. е. магн. момент вещества, создаваемый H вн, всегда направлен против поля (диамагнетизм веществ); 2) если атомы вещества имеют спонтанный магн
момент, то H вн ориентирует атомные магн. моменты вдоль своего направления и создаёт магн. момент вещества вдоль поля (парамагнетизм веществ). Существ. влияние на магн. свойства вещества могут оказывать и внутр. взаимодействия (электрич
и магн.) микрочастиц — носителей магн. момента. Иногда они приводят к спонтанной (не зависящей от H вн )упорядоченной ориентации магн. моментов частиц. Вещества, в к-рых атомные магн. моменты спонтанно ориентируются параллельно друг другу, наз. ферромагнетиками (ФМ) (см
Ферромагнетизм), а вещества, в к-рых ориентация отд. групп атомных моментов антипараллельна,- антиферромагнетиками (АФМ) (см. Антиферромагнетизм). Кроме таких коллинеарных ФМ- и АФМ-структур наблюдаются и неколлинеарные магнитные атомные структуры (винтовые или спиральные, треугольные и др.). Сложность атомной структуры веществ, построенных из огромного числа микрочастиц, даёт практически неисчерпаемое разнообразие их магн. свойств, связь к-рых с немагн. свойствами (электрич., механич., оптич
и др.) позволяет использовать исследования магн. свойств для получения информации о внутр. структуре и др. свойствах микрочастиц и макротел .. Огромный диапазон проявлений М.- от М. элементарных частиц до М. космич
тел (Земли, Солнца, звёзд и др.), а также космич. пространства — объясняет глубокий интерес к М. со стороны мн. наук (физики, астрофизики, геофизики, химии, биологии, геологии п др.) и его широчайшее применение в технике.. Макроскопич. проявления М. веществ рассматриваются в рамках теории эл.-магн
поля (см. Максвелла уравнения), термодинамики и статистической физики. Одной из осн. макрохарактеристик магнетика, определяющей его термодинамич. состояние, является вектор намагниченности М (суммарный магн. момент единицы объёма вещества) — ф-ция H и темп-ры Т. Зависимость M (H, Т )(см
Намагничивания кривые )имеет разл. вид у разных магнетиков. В ряде случаев эта связь линейна: , где — магнитная восприимчивость единицы объёма вещества (для диамагнетиков , для парамагнетиков ). Для ФМ зависимость М (Н, Т )нелинейна и неоднозначна (см. Гистерезис магнитный): у ФМ зависит не только от Т и свойств вещества, но также от Н и магн. предыстории. В термодинамике М определяется через потенциал термодинамический Ф (H, Т, Р )по ф-ле (Р — давление).
Из общих положений классич. статистич. физики и электродинамики следует, что электронные системы не могут обладать устойчивым магн. моментом ( Бора — ван Лёвен теорема), что противоречит опыту. Квантовая механика, объяснившая устойчивость атомов, объяснила и существование устойчивых магн. моментов у атомов и макротел. М
электронной оболочки атомов и атомных ядер обусловлен спиновыми и орбитальными магн. моментами электронов и нуклонов (см. Атом, Ядро атомное и Магнетизм микрочастиц). У одноатомных инертных газов (Не, Ne, Аr и др.) электронные оболочки магнитно-нейтральны, и эти газы являются диамагнетиками (ДМ). Электронная оболочка атомов щелочных металлов (Li, Na, К и др.) в невозбуждённом состоянии обладает лишь спиновым магн. моментом валентного электрона (s -состояние, орбитальный магн. момент =0)
Т. о., атомы этих веществ парамагнитны. У атомов переходных d -металлов (Fe, Co, Ni и др. 3d-, 4d- и 5d- хим. элементы), редкоземельных 4/-металлов (РЗМ), актинидов (U и др.) и трансуранов не достроены внутренние а- и f -слои электронных оболочек. Спиновые и орбитальные магн. моменты электронов этих слоев не скомпенсированы ( Хунда правило), что приводит к существованию у атомов и ионов этих хим
элементов спонтанных магн. моментов.. Магн. свойства веществ определяются природой атомных носителей М. и характером их взаимодействии: вещество одного хим. состава в зависимости от внеш. условий, кристаллич
и фазовой структуры, степени атомного порядка в сплаве н т. п. может обладать разл. магн. свойствами. Более простая картина реализуется в газах и (в определённой степени) в кристаллич. и аморфных диэлектриках
Однако в проводниках (металлах и сплавах) всё усложняется из-за наличия в них коллективизиров. электронов (бывших валентных), к-рые сами являются источниками М. В переходных металлах из-за взаимодействия коллективизиров. электронов с магн. моментами d- и f -оболочек (а также взаимодействия между этими самыми оболочками из-за перекрытия волновых ф-ций соседних атомов, что имеет место гл. обр. для d -оболочек) нарушается строгая атомная локализация электронов этих оболочек, возникает гибридизация s- и d, f -состояний (см
Гибридизация атомных орбиталей). В результате атомные магн. моменты, особенно d -оболочек, оказываются изменёнными по сравнению с моментами изолиров. атомов. Т. о., в металле магн. момент иона обусловлен самим ионом и окружающим его облаком коллективизиров
s -электронов, а также, по крайней мере, частично р-, d- и даже f -электроном, намагниченным, как правило, антипараллелыю магн. моменту локализованных d -или f -оболочек (что может приводить к т. н. экранированию Кондо). Наиб. ярко это проявляется при очень низких темп-pax и в сильно разбавленных растворах магн. ионов в диамагн
матрице — при Т Т K, где Т K — темп-pa Кондо. При ТTK. экранирование разрушается. В случае более концентриров. растворов или чистых d -металлов сами d -электроны могут быть полностью или частично коллективизированы и представление о локализованном магн. моменте либо вообще теряет смысл, либо требует специального рассмотрения. Здесь имеет место М
коллективизиров. электронов, в к-ром надо учитывать два эффекта: 1) обменный, обусловленный Паули принципом,- электроны с параллельными спинами располагаются на больших взаимных расстояниях, чем с антипараллельными, а между ними возникают обменные дырки (или дырки Ферми), что уменьшает эл.-статич. энергию их взаимодействия (в изолиров. атомах это объясняет правило Хунда); 2) динамич. корреляционный: кулоновское отталкивание стремится удалить электроны друг от друга (независимо от ориентации их спинов), что создает т. п. корреляционную дырку (см
Корреляционная энергия). Уменьшение энергии электронов из-за этих эффектов приводит к росту их фермиевской кинетич. энергии. В результате конкуренции двух видов энергий в системе электронов устанавливается равновесие (см. ниже). Необходимо также учитывать детали кривых плотности состояний электронов вблизи ферми-поверхности (ферми-уровня) и спиновые флуктуации. На магн
моменты d- и f -оболочек оказывает также сильное влияние эл.-статич. взаимодействие окружающих ионов матрицы (лигандов), к-рое иногда может радикально изменить магн. состояние ионов (см. «Замораживание» орбитальных моментов).. Количественно взаимодействие между атомными носителями М. в веществе можно охарактеризовать величиной энергии этого взаимодействия e вз, рассчитанной на отд. пару частиц — носителей магн
момента. Энергию сопоставляют с энергией частицы, имеющей магн. момент (см. Магнетон )в нек-ром эффективном магн. поле H эф, т. е. с и со ср
энергией теплового движения частицы при нек-рой критич. темп-ре T кр, т. е. с При H

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *