Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 3 (3-е изд., 1988) (1152098), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Дэ!я элементов группы железа иелостроена ЗП-оболочка: ~~5с за.П зэк ы( г жМп хьрс Зс('4з Зс(хззэ Збэ4эз Зс('4з' Зоа4зэ Зеа4зэ ыСОыйй Зд'4к*Зам4з'. Закономерности заполнения алектранных оболочек подчиняются известным правилам Мунда, эмпирическим правилам, следуя котарым можно предсказать основное состояние атома. Эти правила являются следствием квантовой природы атома. Они гласят." 1. Основное состояние обладает наибольшим возможным значением полного спина 5.
2. Из нескольких состояний, имеющих маисимальное значение полного спина, ревли- [равд. !) Общие сведения о магнитных латериалах Таблица А1. Результирующий магнитный момент (в магиетанах Бора) некоторых атомов переходной группы периодической системы элементов Таблица 1.2. Классификация твердых тел по значению магнитной восприимчивости Магнвтиая восприимчивость Магнитны сосгояэие Вещество х<О (х! !О .. ЗО Магнитные моменты электронов скомпенсированы, существуют только магнитнме моменты, наведенные магнитным полем Атомы обладают собственными магнитными моментами, расположенными беспорядочно Магнитные моменты атомов упорядочены; спонтанный магнитный момент отличен от нуля Упорядочение исчезает при температуре Кюри е, Магнитные моменты упорядочены, спонтанный магнитный момент равен нулю: М =М| — Мг=о.
Упорядочение исчезает при температуре Нееля Он Диамагнетик х) О; [х(сэ!0 '... 1О г х 10г .. 1Ог Парамагнетик Ферро-, ферри- магнетик х) 0; [х(кз!О '...10 ' Антиферромагне- тик зуется то, которому соответствует наибольшее значение орбитального момента б. 3. Для электронных оболочен, заполненных менее чем наполовину, энергия возрастает с ростан у (нормальные мультнплеты), в то время как если оболочка заполнена более чем наполовину, наблюлается обратная зависи месть (обрасценвые мультиплеты). Для полностью заполненных электронных оболочек результирующий магнитный момент равен нулю.
В таких веществах может наблюдаться только диамагнетизм. Посксльку Зб-слой группы железа не заполнен (всего, как известно, в Зг(-слое может быть десять электронов), атомы этих элементов обладают нескомпеисированныы магнитным моментом. Например, в недостроенном Ы-слое двухвалентного атома железа имеется шесть электронов (Зйг). Магнитные моменты пяти электронов направлены параллельно друг другу, а одного — антипараллельно. В результате суимарный магнитный момент атома железа Ре'+ равен 4рв. Для атома трехвалентного железа Гег+ результирующий момент равен брв.
В табл. 1.1 приведены результирующие спиновые магнитные моменты (в магнетоиах Бора) длв атомов группы железа с незаполненным Зг(-сг!оем. Магнитные свойства вещества характеризуют магнитной восприимчивостью х=М/Н, (1.6) где М вЂ” магнитный моиент единицы объема вещества или намагниченность в магнитном поле напрнжеиностью П. По значению магнитной восприиичнвости вшцества делятся на группы (таба. 1.2). Кроме четырех групп магнитных веществ, указанных а табл. 1.2, имеется группа сверхпроводящих материалов, обладающих свойствами аномального днаиагнетика.
Характерной особенностью этой группы является стремление к сохранению внутри сверхпроводника нулевого значения магнитной индукции. Магнитная восприимчивость этих материалов отрицательна х(0, а по абсолютному значению [х( сз!. Диа-, пара- и антиферромагиетики образуют группу слабомагнитных веществ, так как их магнитная восприимчивость мала и составляет 10 '..!О '. Длн диамагнетиков характерна независимость или слабая зависимость восприимчивости от температуры. Для классических параиагнетиков температурная зависимость восприимчивости подчиняется закону Кюри: х =ОП, (!.7) где С вЂ” постояннан Кюри; Т вЂ” температура, К.
Ферро- и феррииагнетики отвссятся к группе сильиомагннтных веществ. Магнитнан восприиичиаость этих веществ отличастсн большиии значениями (но менее 10г) и нелинейно зависит от температуры и напряженности магнитного полн. Такие высокие значения х, обусловлены спонтанной намагниченностью этих вегцеств, т. е. самопроизвольным упорядочением элементарных магнитных моментов с образованием результирующего магнитного момента даже в отсутствии внешнего магнитного поля.
Общие сведения о яигиитяэпг яптериплпх [равд. 1) Спонтанная намагниченность ферро- и ферримагнегнка при возрастании температуры уменьшается до нуля, при этом вещество переходит в парамагннтное состоиние. Критическая температура, соответствующая фазовому переходу 11 рода нэ ферромагнитного (ферримагнигного) в парамагннтное состоннне,называется температурой Кюри или точкой Кюри [9 к) .
Крнтическаи температура фазового перехода !1 рода нз антиферромагнитного состсжния в парамагнитное называется температурой или точкой Несли (йн). Температурная зависимость намагниченности насыщения ферромагнетика определяется сос гношеннем М = М.В,(х), где Мо= Ну5рв — намагниченность при абсолютном нуле теиператур, когда все спиновые магнитные моменты параллельны; В.(х)— функция Бриплюэна аргумента х=д5мзвеуйТ; рвНе — магнитнаи энергия; яТ вЂ” тепловая энергия.
В достаточно узкой области температур вблизи точки Кюри намагниченность зависит от температуры: (1.9) В области низких температур, близких к абсолютному нулю, изменение М описывается соотношением М(Т) = М(1 — Д, Тут — Д ту»ж —,.), Н. 19) где А, — постоянный коэффициент. Температурная зависимость магнитной восприимчивости ферро- и ферримагнетиков прн те»1пературе выше точки Кюри подчиняетсн закону Кюри — Всйса: и» = СТ ( Т вЂ” Л), (1.11) где л — постоянная Вейса. Переход из ферромагнитного (ферримагнитного) в парамагнитное состояние можно рассматривать как фазовый переход второго рода. При этом точка Кюри (точка Нееяя) соответствует температуре фазового перехола из ферромагнитного (ферримагнитного) в парама~нитное состояние. Ферро- и ферримагнетики вместе с антиферромагнетиками образуют группу яаляитоулорядочениьы веществ.
Самопроизвольное магннтоупорядоченное состояние вещества обусловлено сильным электростатическим (кулоновскнм) взаимодействием электронов атомов с незаполненными д или Нслоями. Это взаимодействие имеет квантовую природу; оно связано с обменом электронами между атомами и и«атому называется об м е н н ы м. В ферромагнетиках оно приводит к упорядоченной ориентации собственных (спиновых) магнитных моментов атомов и, следовательно, к появлению макроскопической намагниченности вещества. В феррнтах н других магнитных оксндах (ферримагнетнках) магннтоактнвные ионы металлов (Лд и ч!) разделены большими по диаметру анионами кислорода.
Поскольку вероятность электронного обмена между катионами быстро убывает с рассюянием, а расстояние между ними велико, то для объяснения наблюдаемых высоких температур Кюри в оксндах предложена модель, в которой существенную роль играют промежуточные анионы, нахопяшиегя в возбужденном состоянии. Этот механизм электронного взаимодействия получил название косвенный обмен или сверхоблеи. Рассмотрим возможные типы взаимной ориентации магнитных моментов атомов (магнитоупорядоченные состояния). Ферролаллитное упорядочение. Магнитные моменты атомов ориентированы параллельно. Прв этом спонтанный магнитный момент при температурах ниже точки Кюри максимален.
Ферролгагнитное упорядочение наблюдается в большинстве Зд-металлов и некоторых немегаллах (ЕиО и СдСг»5е«). Вещества, в которых осуществляется ферромагнитное упорядочение, называются ферромагнетинами. Примеры «классических» ферромагнетиков: железо, никель, кобальт, их соединения и сплавы. Феррилаглиглми упорядочеииеи магнитных моментов обладает большая группа материалов — ферритов, которые явлиготся соединением оксида железа Ге»О» с оксидами других металлов.
Ионы кислорода создают остов кристаллической решетки. Между ианамн кислорода образуются пустоты или позиции, которые занимают катионы, вхслящие в состав феррита. Основы теории ферримагнетизма были заложены Л. Неелем. Одно нз основных положений теории состоит в том, что Л. Неель предлпжил рассматривать структуру ферримагнетика состоящей из нескольких (двух и более) иагнитных псдрешетон. Ионы металлов в решетке ферримагнетика занимают незквнвалентные крнствллографические положения и поэтому могут быть выделены подрешеткн— подсистемы, объединиющие катионы, находящиеся в аналогичных кристаллографических позициях. Между катионами существуют обменные взаимодействии через ионы кислорода (косвенный обмен), приводящие к антипараллельной ориентации магнитных моментов ионов соответствующих подрешегок.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
