Magneettinen anisotropia - Magnetic anisotropy

Vuonna aineen fysiikka , magneettinen anisotropia kuvataan objektin magneettisia ominaisuuksia voidaan eri suunnasta riippuen . Yksinkertaisimmassa tapauksessa kohteen magneettimomentille ei ole etusijaa . Se reagoi sovellettuun magneettikenttään samalla tavalla riippumatta siitä, mihin suuntaan kenttää käytetään. Tätä kutsutaan magneettiseksi isotropiaksi . Sitä vastoin magneettisesti anisotrooppisia materiaaleja on helpompi tai vaikeampi magnetisoida riippuen siitä, millä tavalla esinettä pyöritetään.

Useimmille magneettisesti anisotrooppisille materiaaleille on kaksi helpinta suuntaa materiaalin magnetisoimiseksi, jotka ovat 180 ° kierrosta toisistaan. Näiden suuntien suuntaista viivaa kutsutaan helpoksi akseliksi . Toisin sanoen, helppo akseli on energisesti suotuisa spontaanin magnetoinnin suunta . Koska helppoa akselia pitkin olevat kaksi vastakkaista suuntaa ovat yleensä yhtä helposti magnetoituvia pitkin, ja varsinainen magnetointisuunta voi yhtä helposti asettua kumpaankin suuntaan, mikä on esimerkki spontaanista symmetrian rikkoutumisesta .

Magneettinen anisotropia on ferromagneettien hystereesin edellytys : ilman sitä ferromagneetti on superparamagneettinen .

Lähteet

Kohteessa havaittu magneettinen anisotropia voi tapahtua useista eri syistä. Sen sijaan, että sillä olisi yksi syy, tietyn kohteen magneettinen anisotropia selitetään usein näiden eri tekijöiden yhdistelmällä:

Magnetokiteinen anisotropia

Kiteen atomirakenne tuo etusijalle magnetisaation .

Muoto anisotropia

Kun hiukkanen ei ole täysin pallomainen, demagnetisoiva kenttä ei ole sama kaikissa suunnissa, mikä luo yhden tai useamman helpon akselin.

Magnetoelastinen anisotropia

Jännitys voi muuttaa magneettista käyttäytymistä, mikä johtaa magneettiseen anisotropiaan.

Vaihda anisotropiaa

Toimii, kun antiferromagneettiset ja ferromagneettiset materiaalit ovat vuorovaikutuksessa.

Molekyylitasolla

Magneettinen anisotropia ja NOE-esimerkit

Bentseenirenkaan (A), alkeenin (B), karbonyylin (C), alkyynin (D) ja monimutkaisemman molekyylin (E) magneettinen anisotropia on esitetty kuvassa. Kukin näistä tyydyttymättömistä funktionaalisista ryhmistä (AD) luo pienen magneettikentän ja siten joitain paikallisia anisotrooppisia alueita (esitetty kartioina), joissa suojausvaikutukset ja kemialliset siirtymät ovat epätavallisia. Bisatsoyhdiste (E) osoittaa, että nimetty protoni {H} voi esiintyä eri kemiallisissa siirtymissä atsoryhmien fotoisomerointitilasta riippuen. Trans- isomeeri pitää protoni {H} kaukana kartion bentseenirenkaan siten magneettinen anisotropia ei ole läsnä. Vaikka cis- muoto pitää protonin {H} kartion läheisyydessä, suojaa sitä ja vähentää sen kemiallista siirtymää. Tämä ilmiö mahdollistaa uuden joukon ydinvoiman (NOE) vuorovaikutuksia (näkyy punaisella), jotka syntyvät aikaisemmin olemassa olevien (näytetään sinisenä) lisäksi.

Yhden toimialueen magneetti

Oletetaan, että ferromagneetin on yhden toimialueen ehdottoman mielessä: magnetointi on yhtenäinen ja pyörii yhdessä. Jos magneettinen momentti on ja hiukkasen tilavuudesta on , magnetisointi , jossa on kyllästysmagnetointi ja ovat näkövektorin (komponenttien yksikkövektori ) niin . Magneettiseen anisotropiaan liittyvä energia voi riippua kosinien suunnasta eri tavoin, joista yleisimpiä käsitellään jäljempänä. ${\ displaystyle \ scriptstyle {\ boldsymbol {\ mu}}}$${\ displaystyle \ käsikirjoitus V}$${\ displaystyle \ scriptstyle \ mathbf {M} = {\ lihavoitu symboli {\ mu}} / V = ​​M_ {s} \ vasen (\ alfa, \ beta, \ gamma \ oikea)}$${\ displaystyle \ käsikirjoitus M_ {s}}$${\ displaystyle \ scriptstyle \ alfa, \ beta, \ gamma}$${\ displaystyle \ scriptstyle \ alpha ^ {2} + \ beta ^ {2} + \ gamma ^ {2} = 1}$

Yksiakselinen

Magneettisella hiukkasella, jolla on yksiaksiaalinen anisotropia, on yksi helppo akseli. Jos helppo akseli on suuntaan, anisotropiaenergia voidaan ilmaista yhtenä seuraavista muodoista: ${\ displaystyle z}$

${\ displaystyle E = KV \ left (1- \ gamma ^ {2} \ right) = KV \ sin ^ {2} \ theta,}$

missä on tilavuus, anisotropian vakio ja kulma helpon akselin ja hiukkasen magnetoinnin välillä. Kun muodon anisotropia otetaan nimenomaisesti huomioon, symbolia käytetään usein osoittamaan anisotropian vakio sijasta . Laajasti käytetyssä Stoner – Wohlfarth-mallissa anisotropia on yksiakselinen. ${\ displaystyle \ käsikirjoitus V}$${\ displaystyle \ käsikirjoitus K}$${\ displaystyle \ scriptstyle \ theta}$${\ displaystyle \ scriptstyle {\ mathcal {N}}}$${\ displaystyle \ käsikirjoitus K}$

Kolmiakselinen

Magneettisella hiukkasella, jolla on kolmiaksiaalinen anisotropia, on edelleen yksi helppo akseli, mutta sillä on myös kova akseli (maksimienergian suunta) ja väliakseli (suunta, joka liittyy energian satulapisteeseen ). Koordinaatit voidaan valita siten, että energialla on muoto

${\ displaystyle E = K_ {a} V \ alpha ^ {2} + K_ {b} V \ beta ^ {2}.}$

Jos helppo akseli on suunta, väliakseli on suunta ja kova akseli on suunta. ${\ displaystyle \ scriptstyle K_ {a}> K_ {b}> 0,}$${\ displaystyle z}$${\ displaystyle y}$${\ displaystyle x}$

Cubic

Magneettisella hiukkasella, jolla on kuutioanisotropia, on kolme tai neljä helppoa akselia anisotropiaparametreista riippuen. Energialla on muoto

${\ displaystyle E = KV \ left (\ alpha ^ {2} \ beta ^ {2} + \ beta ^ {2} \ gamma ^ {2} + \ gamma ^ {2} \ alpha ^ {2} \ right) .}$

Jos helppo-akselit ovat ja -akselit. Jos on neljä helppoa akselia, joille on tunnusomaista . ${\ displaystyle \ käsikirjoitus K> 0,}$${\ displaystyle x, y,}$${\ displaystyle z}$${\ displaystyle \ käsikirjoitus K <0,}$${\ displaystyle x = \ pm y = \ pm z}$

Viitteet

Lisälukemista