Самопроизвольное намагничивание - Spontaneous magnetization

Спонтанная намагниченность является возникновение упорядоченного спинового состояния ( намагниченность ) в нуле приложенной магнитное поля в ферромагнитном или ферримагнитном материале ниже критической точка называется температурой Кюри или $T C$ .

Обзор

При нагревании до температур выше $T C$ ферромагнетики становятся парамагнитными, и в их магнитном поведении доминируют спиновые волны или магноны , которые представляют собой коллективные бозонные возбуждения с энергиями в мэВ-диапазоне. Намагниченность , что происходит ниже $T C$ является известным примером «спонтанного» разрыва в виде глобальной симметрии , явление , которое описывается теоремой Голдстоуна . Термин «нарушение симметрии» относится к выбору направления намагниченности с помощью спинов, которые имеют сферическую симметрию выше $T C$ , но предпочтительная ось (направление намагниченности) ниже $T C$ .

Температурная зависимость

В первом приближении температурная зависимость спонтанной намагниченности при низких температурах дается законом Блоха :

{\ Displaystyle M (T) = M (0) \ left (1- (T / T_ {c} \ right) ^ {3/2}),}

где $M (0)$ - спонтанная намагниченность при абсолютном нуле . Уменьшение спонтанной намагниченности при более высоких температурах вызвано усилением возбуждения спиновых волн . В описании частиц спиновые волны соответствуют магнонам, которые представляют собой безмассовые голдстоуновские бозоны, соответствующие нарушенной симметрии . Это в точности верно для изотропного магнита.

Магнитная анизотропия , то есть наличие легкого направления, по которому моменты в кристалле спонтанно выравниваются, соответствует, однако, «массивным» магнонам. Это способ сказать, что они требуют минимального количества энергии для возбуждения, поэтому они вряд ли будут возбуждены таким образом . Следовательно, намагниченность анизотропного магнита сложнее разрушить при низкой температуре, и температурная зависимость намагниченности соответственно отклоняется от закона Блоха. Все настоящие магниты в той или иной степени анизотропны. ${\ displaystyle T \ rightarrow 0}$

Вблизи температуры Кюри,

{\ Displaystyle M (T) \ propto \ left (T_ {c} -T \ right) ^ {\ beta},}

где $β$ - критический показатель , зависящий от класса универсальности магнитного взаимодействия. Экспериментально показатель степени составляет $0,34$ для Fe и $0,51$ для Ni .

Эмпирическая интерполяция двух режимов дается выражением

{\ Displaystyle {\ гидроразрыва {M (T)} {M (0)}} = \ left (1- (T / T_ {c} \ right) ^ {\ alpha}) ^ {\ beta},}

легко проверить два предела этой интерполяции, которые подчиняются законам, аналогичным закону Блоха, для и критическому поведению для соответственно. ${\ displaystyle T \ rightarrow 0}$ ${\ displaystyle T \ rightarrow T_ {C}}$