Kendiliğinden mıknatıslanma - Spontaneous magnetization

Spontan manyetizasyon , Curie sıcaklığı veya $T$ $C olarak$ adlandırılan kritik bir noktanın altındaki ferromanyetik veya ferrimanyetik bir malzemede sıfır uygulanan manyetik alanda düzenli bir spin durumunun ( manyetizasyon ) ortaya çıkmasıdır .

Genel Bakış

$T C'nin$ üzerindeki sıcaklıklara ısıtılan ferromanyetik malzemeler paramanyetik hale gelir ve manyetik davranışları, meV aralığındaki enerjilerle bozon kolektif uyarılmaları olan spin dalgaları veya magnonlar tarafından yönetilir. Aşağıda ortaya mıknatıslanma $T$ $C$ ünlü bir örnek "bir anda" kırma a küresel simetriye , göre tanımlanan bir fenomen Goldstone'un teoremi . "Simetri kırılması" terimi , $T$ $C'nin$ üzerinde küresel simetriye sahip , ancak $T$ $C'nin$ altında tercih edilen bir eksene (manyetizasyon yönü) sahip dönüşler tarafından bir manyetizasyon yönünün seçimini ifade eder .

Sıcaklık bağımlılığı

Birinci dereceden bir yaklaşıma göre, düşük sıcaklıklarda kendiliğinden mıknatıslanmanın sıcaklığa bağımlılığı Bloch yasası ile verilmiştir :

{\ displaystyle M (T) = M (0) \ sol (1- (T / T_ {c} \ sağ) ^ {3/2}),}

burada $M (0)$ mutlak sıfırdaki kendiliğinden manyetizasyondur . Daha yüksek sıcaklıklarda kendiliğinden mıknatıslanmadaki azalma, spin dalgalarının artan uyarılmasından kaynaklanır . Bir de partikül açıklama , sıkma dalgaları kütlesiz magnonların tekabül Goldstone bozonları tekabül eden kırık simetri . Bu tam olarak izotropik bir mıknatıs için geçerlidir.

Manyetik anizotropi , yani momentlerin kristalde kendiliğinden hizalandığı kolay bir yönün varlığıdır, ancak "büyük" magnonlara karşılık gelir. Bu, heyecanlandırmak için minimum miktarda enerjiye mal olduklarını söylemenin bir yoludur, bu nedenle heyecanlanma olasılıkları çok düşüktür . Dolayısıyla, bir anizotropik mıknatısın manyetizasyonunun düşük sıcaklıkta yok edilmesi daha zordur ve manyetizasyonun sıcaklığa bağımlılığı Bloch yasasından uygun şekilde sapmaktadır. Tüm gerçek mıknatıslar bir dereceye kadar anizotropiktir. ${\ displaystyle T \ rightarrow 0}$

Curie sıcaklığına yakın,

{\ Displaystyle M (T) \ propto \ sol (T_ {c} -T \ sağ) ^ {\ beta}}

burada $β$ , manyetik etkileşimin evrensellik sınıfına bağlı olan kritik bir üsdür . Deneysel üssüdür, $0.34$ için Fe ve $0.51$ için Ni .

İki rejimin ampirik bir interpolasyonu şu şekilde verilmiştir:

{\ displaystyle {\ frac {M (T)} {M (0)}} = \ sol (1- (T / T_ {c} \ sağ) ^ {\ alfa}) ^ {\ beta}}

Sırasıyla için Bloch yasasına benzer yasaları ve kritik davranışı izleyen bu interpolasyonun iki sınırını kontrol etmek kolaydır . ${\ displaystyle T \ rightarrow 0}$ ${\ displaystyle T \ rightarrow T_ {C}}$