Ferromagnetyzm na poziomie atomów

Prezentacja na temat: "Ferromagnetyzm na poziomie atomów"— Zapis prezentacji:

1 Ferromagnetyzm na poziomie atomów
Podstawowe wiadomości o przyczynach zjawiska ferromagnetyzmu Bolesław AUGUSTYNIAK

2 Spis zagadnień Przypomnienie właściwości ‘makroskopowych’ ferromagnetyków Magnetyzm atomów ‘ferromagnetyków’ Magnetyzm atomów ‘ferromagnetyków’ w ciele stałym Modele ferromagnetyzmu Bolesław AUGUSTYNIAK Bolesław AUGUSTYNIAK 2

3 Podstawowe wiadomości...
ferromagnetyzm [łac. ferrum ‘żelazo’, magneticus ‘magnetyczny’], zespół zjawisk związanych z samorzutnym równoległym uporządkowaniem momentów magnetycznych atomów lub jonów w niewielkich obszarach ciał, tzw. domenach; Stan uporządkowania ferromagnetycznego charakteryzuje się istnieniem spontanicznego namagnesowania; Istnienie struktury domenowej jest jedną z przyczyn występowania histerezy ferromagnetycznej; Ferromagnetyzm zanika powyżej temperatury Curie. Bolesław AUGUSTYNIAK

4 Tabela – właściwości magnetyczne ciał
Bolesław AUGUSTYNIAK Bolesław AUGUSTYNIAK 4

5 Właściwości wybranych ferromagnetyków
Bolesław AUGUSTYNIAK Bolesław AUGUSTYNIAK 5

6 Porównanie właściwości ‘magnetyków’
Bolesław AUGUSTYNIAK Bolesław AUGUSTYNIAK 6

7 Wpływ temperatury dla para i dla ferro
Bolesław AUGUSTYNIAK Bolesław AUGUSTYNIAK 7 7

8 Wpływ temperatury na ferromagnetyk
Bolesław AUGUSTYNIAK Bolesław AUGUSTYNIAK 8

9 Magnetyzm atomów ‘ferromagnetyka’
Bolesław AUGUSTYNIAK

10 Magnetyczne atomy 3d 4f Bolesław AUGUSTYNIAK [14]

11 Moment pędu i magnetyczny dla atomu Fe2+
Reguły liczb kwantowych: Główna liczba kwantowa - n Orbitalna liczba kwantowa l = n –1 Magnetyczna liczba kwantowa ml -l....0, +l Spinowa liczba kwantowa ms ½ , -1/2 Przykład: Fe zjonizowany atom, 6 elektronów na powłoce 3d Powłoka 3d -> l = 2 L = 2 S = 2 S - suma czterech momentów spinowych , L są skompensowane Doświadczenie: 5,4 m B !!! Teoria: m = 4,9 m B [10] Bolesław AUGUSTYNIAK

12 Magnetyzm atomów 3d - teoria i doświadczenie
[10] Bolesław AUGUSTYNIAK

13 Magnetyzm atomów 4f - teoria i doświadczenie
[10] Bolesław AUGUSTYNIAK

14 Magnetyzm atomów ‘ferromagnetyków’ w ciele stałym
Bolesław AUGUSTYNIAK

15 Zmiana momentu magnetycznego atomu faza gazowa -> kryształ....
Dlaczego tak jest? Ferromagnetyzm !!! [13] Bolesław AUGUSTYNIAK

16 Jeszcze raz ...atom Fe [3] Bolesław AUGUSTYNIAK

17 Wpływ zmiany odległości między atomami na właściwości elektryczne i magnetyczne
Dla dużych odległości – brak oddziaływania Dla odległości ‘pośrednich’ – zachodzą na siebie funkcje falowe powłoki ‘s’ -> przewodnictwo + ferromagnetyzm (oddziaływanie na powłoki 3d Dla bardzo małych odległości – zachodzą także powłoki ‘o’ - antyferromagnetyzm Zmieniają się ‘rozkłady energetyczne’ elektronów Bolesław AUGUSTYNIAK

18 Wpływ proporcji między odległością atomów i rozmiarami powłoki 3d na ‘magnetyzm’ - wykres Bethe
[3] Bolesław AUGUSTYNIAK

19 Dane do wykresu Bethe Bolesław AUGUSTYNIAK

20 Rozkład przestrzenny elektronów w atomie metalicznego żelaza
R – połowa odległości między atomami Zachodzą na siebie bardzo powłoki 4s oraz nieco 3d ‘Częśc’ elektronów z 4s uczestniczy w przewodnictwie elektrycznym (wspólna dla wszystkich atomów) 3d shell 4s shell Bolesław AUGUSTYNIAK [3]

21 Zmiany obsadzenia powłok dla żelaza...( 8 elektronów)
Atom swobodny powłoka 4s : 1 elektron ‘up’ i 1 ‘down’ powłoka 3d: 5 elektronów ‘up’ , 1 ‘down’ Atom w metalu Fe powłoka 4s : 0,3 elektron ‘up’ i 0,3 ‘down’ powłoka 3d: 4,8 elektronów ‘up’ , 2,6 ‘down’ Moment atomu + 4 mB ZMALAŁ !!! + 2,4 mB Bolesław AUGUSTYNIAK

22 Obsadzenia powłok dla niklu...(10 elektronów)
Atom swobodny powłoka 4s : 1 elektron ‘up’ i 1 ‘down’ powłoka 3d: 5 elektronów ‘up’ , 3 ‘down’ Atom w metalu powłoka 4s : 0,3 elektron ‘up’ i 0,3 ‘down’ powłoka 3d: 5 elektronów ‘up’ , 4,4 ‘down’ Moment atomu + 2 mB ZMALAŁ !!! + 0,6 mB Bolesław AUGUSTYNIAK

23 Obsadzenia powłok dla Co, Cu i Ni-Cu
m = 1,7 mB m = 0 m = 0 [3] Bolesław AUGUSTYNIAK

24 Zmiany momentów magnetycznych atomów w fazie gazowej i fazie ciała stałego ....
Teraz to jest już wyjaśnione !!! Bolesław AUGUSTYNIAK

25 Stopy metali ferromagnetycznych z metalami przejściowymi
Bolesław AUGUSTYNIAK

26 Źródła [1] Fizyczne podstawy magnetyzmu; A. Morrish, PWN, Warszawa ,1970 [2] Introduction to magnetism and magnetic materials; D. Jiles, Chapman and Hall, London, 1991 [3] Ferromagnetism; R. M. Bozorth, D. Van Nostrand Company, Princeton, 1951 [4] Magnetism from Fundamentals to Nanoscale Dynamics; ed. J. Stohr, H.C. Siegmann; Springer, Berlin 2006 [5] [6] [7] [8] [9] [10] Introduction to magnetism and magnetic materials; D. Jiles; Chapman & Hall, London, 1991 [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] Fizyka kwantowa; R. Eisberg, R. Resnick; PWN, Warszawa 1983 [18] [19] Wykłądy z fizyki, t3. ; I. W. Sawieliew; PWN Warszawa 1994 Bolesław AUGUSTYNIAK Bolesław AUGUSTYNIAK 26