Ферромагнетик - вещество, в к-ром ниже определ. температуры (Кюри точка ТC)устанавливается
ферромагн. порядок магнитных моментов атомов (ионов) в неметаллич. веществах
и спиновых магн. моментов коллективизированных электронов в металлич. веществах
(см. Ферромагнетизм ).Наиб. важными характеристиками Ф. являются точка
Кюри ТC, атомный магн. момент Mат
при 0 К, уд. самопроизвольная (спонтанная) намагниченность M0
(на 1 г) при 0 К и уд. намагниченность насыщения
(на 1 см3) при 0 К. Среди чистых хим. элементов к Ф. относятся только
3 переходных 3d-металла- Fe, Co, Ni- и 6 редкоземельных металлов (РЗМ)
- Gd, Tb, Dy, Но, Er и Tm (табл. 1). В 3d-металлах и РЗМ Gd реализуется
коллинеарная ферромагн. атомная
структура, а в остальных РЗМ - неколлинеарная (спиральная, циклоидальная, синусоидальная;
см. Магнитная атомная структура ).Самопроизвольная намагниченность 3d-элементов
в осн. образуется из спиновых моментов гибридизир. системы коллективизированных
3d+4s-электронов, а в РЗМ 4f-элемен-тах - из локализованных
4f-слоёв и подмагниченных 6s-и 5d-электронов.
Табл. 1.- Ферромагнитные
металлы (химические элементы)
* Ат. магн. момент при
0 К; ** уд. намагниченность при 0 К;
*** уд. намагниченность
насыщения при 0 К.
Кроме этих 9 Ф. (чистых
элементов) имеется огромное число ферромагн. сплавов и соединений, как бинарных,
так и более сложных (многокомпонентных) металлических и неметаллических (полупроводниковых,
полуметаллич., диэлектрич., сверхпроводящих), кристаллических и аморфных. Классификацию
Ф.- сплавов и соединений металлич. типа можно провести, напр., по электронной
структуре атомов (ионов) их компонент.
С п л а в ы п е р е х о
д н ы х d- и f-э л е м е н т о в м е ж д у с о б о й: а) сплавы
9 ферромагн. элементов (Fe - Ni, Fe - Со, Со -Ni, Fe -Co -Ni, Fe -Gd, Gd -Dy
и т.д.); б) сплавы переходных ферромагн. металлов с антифер-ромагн. (Мn и Сr)
и парамагн. переходными металлами (Fe-Cr, Fe -Мn, Со-V, Ni- Ti, Fe -Pd, Co -Pt,
Gd-V, Eu - Ti и т.п.); в) сплавы переходных антифер-ромагн. металлов (Мn и Сr)
с парамагн. переходными металлами (Сr-Pt, Мn-Pd, Сr-Pd и т.п.).
С п л а в ы п е р е х о
д н ы х м е т а л л о в с н о р м а л ьн ы м и э л е м е н т а м и: а) сплавы
переходных ферромагн. металлов с нормальными элементами (Ni - Сu, Со - Ag, Ni
- Al, Ni -Si, Fe -Si, Fe-Al, Ni -N и т.п.); б) сплавы переходных антиферромагн.
d-металлов (Мn и Сr) с нормальными элементами (гейслеровы сплавы): Сu2МnМ
(где М-Al, Ge, Zn, Sn, As, In, Sb, Bi, Ga и др.), а также Mn4N, ZnCMn3,
AlCMn3, CuCMn3, Mn -Au, Mn -P, Mn -As, Mn -Sb, Mn -Bi,
Mn -S, Mn -Se, Mn-Те, Mn - C, Mn - Sn, Mn - H, Mn - В и т. п.; в) сплавы переходных
парамагн. металлов с нормальными элементами: ZrZn2,
Sc3In (точнее, в интервале составов Sc0,762In0,239
- Sc0,753In0,242) и Au4V (в интервале составов
18,99-24,01 атомных % V)и др.
Можно также классифицировать
Ф. по характеру распределения атомов (ионов) разл. компонент по разл. типам
узлов кристаллич. решётки: неупорядоченные или упорядоченные сплавы, интерметаллич.
соединения (Fe2B, Fe3S, Fe4N, FeBe3,
MnAs, Mn2Sb, CrTe, MnP и т. п.).
Наконец, можно различать
ферромагн. сплавы и соединения по типу кристаллич. решётки [простая кубическая
(ПК), объёмноцентрированная кубическая (ОЦК), гране-центрированная кубическая
(ГЦК), гексагональная с плотной упаковкой (ГПУ) и т.п.], а также, напр., выделять
ионные соединения с металлич. проводимостью. О характере и типе обменного
взаимодействия в м а г н е т и з м е, благодаря к-рому вещество становится
Ф., подробнее см. в ст. Ферромагнетизм.
Рис. 1. Зависимость
среднего атомного магнитного момента
насыщения р (в единицах mB) сплава Fe-Со
от концентра ции Со (в
атомных %).
Рис. 2. Зависимость
среднего атомного магнитного момента
насыщения р (в единицах mB) сплава Ni-Co
от концентрации Со (в
атомных %).
В Ф., не относящихся к
9 хим. элементам, ср. атомный магн. момент, приходящийся на эфф. "молекулу"
сплава или соединения, весьма сложно зависит от их состава. Определять парциальные
атомные магн. моменты отд. магнитно-активных компонент как функций состава позволяет
магнитная нейтронография .При этом весьма существенна размерность образцов;
напр., для мультислойной магнитной плёнки сплава Со - Сr толщиной ~2
нм обнаружен гигантский магн. момент насыщения, при 80 К достигающий 4,80 mB,
что более чем в 2 раза превышает соответствующую величину для Fe. В плёночных
мульти-слоях из неферромагн. компонент Мn и Si при толщинах ~ 20 нм наблюдался
заметный магн. момент при температурах ~360 °С; обнаружен также очень большой
ср. атомный магн. момент на атом Fe в плёнках состава Fe16N2,
равный 5,5 mB при 5 К и 3,2 mB при комнатной
температуре [8].
Кривые зависимости ср.
атомных магн. моментов и точек Кюри от состава Ф. могут носить как монотонный
(рис. 1, 2, 4), так и существенно немонотонный характер (рис.
3); последнее связано со структурными превращениями в сплавах. На рис. 5 показано
сравнение наблюдаемых на опыте и рассчитанных теоретически полных атомных магн.
моментов насыщения для разл. ферромагн. соединений (магнитно-твёрдых материалов)
R2Fe14B, где R - РЗМ; на рис. 6 показана аналогичная зависимость
от состава для гипотетич. интерме-таллидов FeT7 (Т - к--л. переходный
4d- или 5d-металл), рассчитанная на основе феноменологич. модели
Жакарино и Уокера (1965).
Рис. 3. Диаграмма фазового
равновесия сплавов Fe-Co. Сплошная и толстая штриховая линии - границы фазовых
областей. Тонкая штриховая линия-линия точек Кюри сплавов в зависимости
от массовых % Co.
Рис. 4. Зависимость
точек Кюри сплава Со - Ni от концентрации Ni
(в атомных %).
Рис. 5. Полные атомные
магнитные моменты на формульную единицу соединения R2Fe14B
в единицах mB; -данные эксперимента, • -теории.
В табл. 2-9 приведены значения точек Кюри для ряда Ф.: в табл. 2-для ферромагн. соединений РЗМ и ферро-магн. 3d-металлов; в табл. 3-для соединений 3d-металлов и РЗМ с др. переходными металлами; в табл. 4-для
нек-рых гейслеровых сплавов; в табл. 5-для соединений переходных ферромагн. элементов с нормальными элементами (металлами и металлоидами); в табл. 6-для ак-тинидных и трансурановых Ф.; в табл. 7-для аморфных Ф.; в табл. 8 - для полупроводниковых Ф.; в табл. 9-для сверхпроводящих Ф.
Рис. 6. Атомный магнитный
момент в единицах mB на атом Fe в окружении атомов переходных
4d-(0)и 5d-(D)металлов в гипотетическом
сплаве ОЦК FeT7 (по теории Жакарино- Уокера).
Табл. 2.-Точки Кюри
соединений редкоземельных металлов с ферромагнитными 3d-металлами
Соединение |
TC,
К |
Соединение |
TC,
K |
Соединение |
TC,
K |
||
SmFe2 GdFe3 TbFe2 DyFe2 HoFe3 ErFe3 TmFe3 GdFe17 Ho6Fe23 |
700 728 705 614 567 553 539 466 493 |
PrNi SmNi GdNi NdNi2 TbNi2 DyNi3 Ho2Ni2 TmNi5 GdNi17 |
20 45 77 16 45 69 70 7 205 |
PrCo DyCo3 HoCo2 NdCo3 GdCo3 Gd4Co3 Sm2Co17 Er2Co17 Tm2Co17 |
7 55 95 395 612 230 1190 1180 1182 |
||
Табл. 3.- Точки Кюри
соединений ферромагнитных 3d-металлов и РЗМ с переходными антиферромагнитными
и парамагнитными металлами
Соединение |
TC,
K |
Соединение |
TC,
K |
||
FePd3 ZrFe2 HfFe2 YFe2 FePt YCo5 LuCo5 CeCo5 Ni3Mn Ni3Pt |
705 588 591 550 750 921 840 647 773 370 |
PrRu2 NdRh2 SmRh2 GdMn2 GdRu2 TbOs2 DyIr2 HoRh2 ErOs2 TmIr2 |
38 6 22 86 83 34 23 16 3 1 |
||
Табл. 4.- Точки Кюри
сплавов Гейслера и других соединений Мn
и Сr
Соединение |
TC,K |
Соединение |
TC,K |
||
Cu2MnSn Cu2MnAl Cu2MnIn Ni2MnIn MnAs MnB |
723 718 500 323 318 533 |
MnBi Mn4N MnP Mn2Sb Mn4Sn Mn2Sn CrTe |
633 743 298 587 423 262 339 |
||
Табл. 5.-Точки Кюри
ферромагнитных соединений переходных d- и f-металлов с нормальными
химическими элементами
Табл. 6.- Точки
Кюри ферромагнитных соединений актинидов и трансурановых элементов
Табл. 7.- Точки
Кюри аморфных ферромагнитных соединений
Табл. 8.-Точки Кюри
некоторых ферромагнитных полупроводников
Табл. 9.- Точки Кюри
ферромагнитных сверхпроводников
Наряду с кристаллич. веществами
ферромагн. порядок обнаружен также в аморфных (метастабильных) металлич. сплавах
и соединениях (табл. 7) (см. Металлические стёкла), а также в аморфных
магнетиках, являющихся соединениями 3d-металлов и РЗМ с металлоидами
(В, С, N, Р, S и др.) и в целом по свойствам мало отличающихся от соответствующих
кристаллич. веществ (за исключением магнитной анизотропии). Для т.н.
с л а б ы х Ф., относящихся к классу соединений переходных парамагн. металлов
с нормальными элементами (металлами и металлоидами), характерны следующие значения
ТC: 28 К для ZrZn2, 29 К для MnSi, 41 К
для Ni3Al; магнетизм этих веществ определяется коллективизир. электронами.
Число изученных неметаллич. Ф. пока значительно меньше, чем металлических; наиб.
изученными являются магнитные диэлектрики (в частности, ферриты), а также магнитные полупроводники типа халькогенидов двухвалентного
РЗМ европия ЕuХ, где X - О, S, Se, Те (первым из них в 1961 открыт ЕuО). Синтезировано
и изучено большое число Ф--соединений Eu1-xRxO
типа твёрдых растворов на основе моноокиси Еu с РЗМ (R - Sm, Gd); в частности,
при х = 0,015 точка Кюри в Eu1-xGdxO
и Eu1-xSmxO повышается соответственно до
135 и 130 К (по сравнению со значением 69,4 К для х = 0).
Особую группу Ф. образуют
сильно разбавленные растворы замещения парамагн. атомов, напр. Fe или Со в диамагн.
матрице Сu, Аu или Pd. В этих веществах атомные магн. моменты распределены неупорядоченно,
т. е. при наличии ферромагн. порядка отсутствует атомный порядок. Магн. упорядочение
наблюдается также в магнитных сверхпроводниках, несмотря на "антагонизм"
между ферромагнетизмом и сверхпроводимостью. Среди РЗМ и актинидных магнетиков
большой интерес представляют т.н. к о н д о в с к и е м а г н е т и к и (см.
Кондо-решётки, Кон-до эффект), к-рые в большинстве случаев относятся
к антиферромагнетикам; известен, однако, ряд кондовских Ф. на основе церия,
в т.ч. Ce4Bi3, CeRh3B2, CeSix
при х<=1,85, CeSi2_xGex,
CeNixPt1-x, СеxLа1_хGе2.
По величине коэрцитивной
силы Нс все Ф. делятся на магнитно-мягкие и магнитно-твёрдые.
Первые обладают малой Нс и значит. магн. проницаемостью; вторые
имеют большие значения Нс и намагниченности остаточной
Mr.
Ф. играют существенную роль в разл. областях совр. техники: магнитно-мягкие материалы используются в электротехнике (трансформаторы, генераторы, электромоторы и т. п.), в слаботочной технике связи, радиотехнике и электронике; магнитно-твёрдые материалы применяются для изготовления пост. магнитов, в ускорит. технике и т.п.
С. В. Вонсовский.
Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.
Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.
Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.
Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
|
![]() |