Глоссарий по физике

Ферромагнетик

Ферромагнетик - вещество, в к-ром ниже определ. температуры (Кюри точка Т_C)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 Т_C, атомный магн. момент M_ат 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 Sc_0,762In_0,239 - Sc_0,753In_0,242) 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 m_B) сплава Fe-Со от концентра ции Со (в атомных %).

Рис. 2. Зависимость среднего атомного магнитного момента насыщения р (в единицах m_B) 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 m_B, 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 m_B при 5 К и 3,2 m_B 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 m_B;  -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 m_B 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 Т_C: 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 Eu_1-xR_xO типа твёрдых растворов на основе моноокиси Еu с РЗМ (R - Sm, Gd); в частности, при х = 0,015 точка Кюри в Eu_1-xGd_xO и Eu_1-xSm_xO 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, CeSi_x при х<=1,85, CeSi₂__xGe_x, CeNi_xPt_1-x, Се_xLа₁__хGе₂.

По величине коэрцитивной силы Н_с все Ф. делятся на магнитно-мягкие и магнитно-твёрдые. Первые обладают малой Н_с и значит. магн. проницаемостью; вторые имеют большие значения Н_с и намагниченности остаточной M_r.

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.

Литература по

1. Редкоземельные ферро- и антиферромагнетики. М., 1965; 2) Тейлор К., Дарби М., Физика редкоземельных соединений, пер. с англ., М., 1974; 3) Метфессель 3., Маттис Д., Магнитные полупроводники, пер. с англ., М., 1972; 4) Вамбуров В. Г., Борухович А. С., Самохвалов А. А., Введение в физикохимию ферромагнитных полупроводников, М., 1988; 5) Сверхпроводимость в тройных соединениях, под ред. Э. Фишера, М. Майпла, пер. с англ., т. 2. Сверхпроводимость и магнетизм, М., 1985; 6) Ирхин В. Ю., Кац-нельсон М. И., Проблема кондовских магнетиков, "Физ. мет. и металловед.", 1991, № 1, с. 16; 7) Amorphous magnetism, ed. by Н. О. Hooper, de A. M. Graaf, N. Y., 1973; 8) DIGESTS of Intermag-93, April 13-16, 1993, Stockh., Sweden; 9) International Conference on the Physics of Transition Metals, Darmstadt, 20-24, 1992, L., 1993.
   

   С. В. Вонсовский.
   

   к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  
   
   
   Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
   (Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
   Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

   НОВОСТИ ФОРУМА Рыцари теории эфира

   10.11.2021 - 12:37: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:36: СОВЕСТЬ - Conscience -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от д.м.н. Александра Алексеевича Редько - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:35: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вадима Глогера, США - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:18: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> Волновая генетика Петра Гаряева, 5G-контроль и управление - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:18: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:16: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМЫ МЕДИЦИНЫ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:15: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Екатерины Коваленко - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:13: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вильгельма Варкентина - Карим_Хайдаров.