КЛАССИФИКАЦИЯ МАГНЕТИКОВ

Так как вещества обладают определёнными магнитными свойствами, например, вещества могут быть сильномагнитные и слабомагнитные, иметь различные механизмы намагничивания (характер взаимодействия частиц), величину магнитного момента. Исходя из свойств выделяют основные: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики, ферримагнетики, сверхдиамагнетики.

Диамагнетики – слабомагнитные вещества, характеризуются отрицательным значением магнитной восприимчивости  и в отсутствии магнитного поля они не намагничиваются (магнитный момент частиц будет равен нулю).

Появляется диамагнитный эффект (индуцированный магнитный момент) и он будет сохранятся пока действует внешнее магнитное поле:    , а намагниченность , где N –концентрация атомов, r – расстояние электронов в атоме до оси процессии. При этом дополнительная индукция магнитного поля и намагниченность (будет малой отрицательной величиной) направлены противоположно вектору индукции внешнего магнитного поля. В отсутствии магнитного поля магнитные моменты всех электронов будет компенсировать друг друга.

Диамагнетики делятся на «классические», «аномальные» и сверхпроводники. Примеры диамагнетиков: вода (), серебро (), висмут (), а так же  благородные газы, полупроводники, некоторые металлы (бериллий, медь, цинк, свинец и т.д.), диэлектрики (стекло, полимеры) и органические вещества.

Парамагнетики – слабомагнитные вещества, но положительным значением магнитной восприимчивости  (т.к. во внешнем магнитном поле магнитные моменты частиц стремятся выстроиться по направлению поля, усиливая его) и в отсутствии магнитного поля частицы обладают собственным магнитным моментом (магнитный момент частиц будет постоянным и отличен от нуля) [5, с. 23].

При внесении во внешнее магнитное поле вещества по распределению Больцмана возникает ориентация магнитных моментов молекул в направлении индукции (параллельно магнитному полю) и намагничивание, но порядок нарушается тепловым движением (хаотичное, столкновение и взаимодействие атомов между собой), т.е. парамагнитная восприимчивость  зависит от температуры. Механизм намагничивания парамагнетиков аналогичен механизму электризации полярных диэлектриков.

Ферромагнетики – сильномагнитные вещества, характеризуются высоким значением магнитной восприимчивости  и зависят от внешнего магнитного поля, также характерно наличие спонтанной намагниченности (магнитные моменты атомов в определенных областях ориентированы упорядоченно (параллельно друг другу) в отсутствие внешнего поля – домены) и есть определенный предел насыщения.

Намагничивание ферромагнетиков было исследовано А. Г. Столетовым в 1878 г: построена кривая магнитной проницаемости (кривая Столетова). Гистерезис открыт в 1880 г. (рис. 1). Магнитная восприимчивость ферромагнетиков является функцией напряженности внешнего поля, зависимость , т.е. намагниченность имеет предел, называемый намагниченностью насыщения. По аналогии с парамагнетиками намагниченность ферромагнетиков обусловливается переориентировкой некоторых элементарных магнитных моментов.

Магнитная проницаемость ферромагнетиков достигает очень больших значений, эта величина зависит от напряженности внешнего поля. Кривая зависимости  имеет вид петли, называемой петлей гистерезиса (рис. 1).

Рисунок 1.

Примеры ферромагнетиков: чистые металл (никель, кобальт, гадолиний) – их сплавы и соединения, сплавы и соединения – марганца и хрома с неферромагнитными элементами.

Антиферромагнетики (скомпенсированный ферримагнетик) – частный случай ферримагнетиков, в которых имеется одновременное наличие двух подрешеток, которые спонтанно намагничены в противоположных направлениях с одинаковой интенсивностью (сумма намагниченностей будет равно нулю). Антиферромагнетики ведут себя как очень слабые парамагнетики и  характеризуются низким значением магнитной восприимчивости . Существование антиферромагнетиков было предсказано Л.Д. Ландау в 1933 г. Как и для ферромагнетиков существует антиферромагнитная точка Кюри называемая  точкой Нееля  – температура перехода в антиферромагнитное. Примеры антиферромагнетиков: редкоземельные элементы (эрбий, диспрозий, гольмий), оксиды и дифториды некоторых металлов (оксид железа, оксид марганца, фторид кобальта, фторид никеля), соли угольной и серной кислот (карбонат марганца, сульфат никеля) и т.д [2].

Ферримагнетики (ферриты) –вещества, в которых магнитные моменты атомов кристаллической решетки образуют несколько магнитных подрешеток с магнитными моментами, направленными навстречу друг другу. Ферриты также называют ферромагнетными полупроводниками (малая электропроводность относительно ферромагнетиками), нескомпенсированными антиферромагнетиками.

Для существования ферримагнетизма необходимо существование хотя бы двух неэквивалентных подрешеток. В отличие от металлических ферромагнетиков они обладают большим электрическим сопротивлением, что позволяет использовать их, например, для изготовления сердечников трансформаторов, не опасаясь вредного воздействия токов Фуко. Ферриты образует группы это:

• ферриты-шпинели – имеют кристаллическую структуры, кристаллизируются в кубической решетке с пространственной группой  – число электронов в атоме, общая формула:  (соединения оксидов железа и оксидов металлов – шпинель),  – двухвалентный металл (марганец, никель, цинк, железо и т.д.);
• ферриты-гранаты – имеют кубическую решетку типа граната и кристаллизируются с пространственной группой , общая формула:,  – тяжелые редкоземельные элементы (от самария до лютеция, по табл. Менделеева 62 – 71). Первые ферримагнитные гранаты были синтезированы во Франции в 1956 г.;
• гексаферриты – имеют гексагональную решетку, кристаллизируются с пространственной группой близкую  общих формул будет несколько, в зависимости от типа;
• ортоферриты – имеют ромбическую решетку и кристаллизируются с пространственной группой , общая формула: ,  – редкоземельные элементы. При нормальной температуре превращаются в антиферромагнетики, а при температурах ниже нескольких кельвинов – ферримагнетиками.

Сверхдиамагнетиками будут все вещества, находящиеся в сверхпроводящем состоянии - низкотемпературные сверхпроводники (металлы) и высокотемпературные сверхпроводники (керамики). Из несверхпроводящих материалов, обладающих сверхдиамагнитными свойствами, известен только один – хлорид меди, открытый в 1986г.

Магнитные свойства веществ отличаются большим разнообразием, чем электрические свойства. Диэлектрическая проницаемость ε у всех веществ всегда больше единицы (диэлектрическая восприимчивость k > 0), магнитная проницаемость μ может быть как больше единицы, так и меньше единицы, аналогично и магнитная восприимчивость . В.Л. Гинзбурга, удостоенный Нобелевской премии по физике в 2004 г., выделил классификацию магнетиков (табл. 1).

Таблица 1.

Современная классификация магнетиков

Список литературы:

1. Андреев, В.В. Электромагнитные формфакторы мезонов [Текст] : статья / В.В. Андреев, А.Ф. Крутов. // Проблемы физики, математики и техники (ПФМТ). – 2011. - № 1 (6). – С. 7 – 19.
2. Гелл-Манн, М. Восьмимерный формализм: Теория симметрий в сильных взаимодействиях / М. Гелл-Манн // Эл-е частицы и компенсирующие поля: Сборник статей; под ред. Д. Иваненко. – М.: Мир, 2014. – 300 с.
3. Иродов, И.Е. Электромагнетизм. Основные законы. [Текст] учебник /И.Е. Иордов.  — М. — С. -П. : Физматлит, 2000. – 267 с.
4. Максименко, Н.В. Теоретико – полевые основы электродинамических процессов / Н.В. Максименко, Е.В. Вакулина, О.М. Дерюжкова, С.М. Кучин; Брянский государственный университет им. ак. И.Г. Петровского. – Брянск, 2010. – 56 с.
5. Bouchal, Z. M. Self-reconstruction of a distorted non-diffracting beam: Tutorial [Text] / Z.Bouchal, J.Wagner, M.Clup  Optics Communications. – 2008. – Vol. 151. – P. 207 – 211.