คุณสมบัติแม่เหล็กของวัสดุ

คุณสมบัติแม่เหล็กของวัสดุ

คุณสมบัติทางแม่เหล็กอื่นที่ไม่ใช่แม่เหล็กซึ่งมีอยู่ในสารทั้งหมดเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาของอิเล็กตรอนที่ไม่ได้จับคู่ คุณสมบัติเหล่านี้มักพบในโลหะที่มีการเปลี่ยนผ่านแลนทาไนด์และสารประกอบของมันเนื่องจาก    อิเล็กตรอน df unpaire dd บนโลหะ มีลักษณะทางแม่เหล็กสามประเภท: พาราแมกเนติกซึ่งอิเล็กตรอนที่ไม่ได้จับคู่ถูกจัดเรียงแบบสุ่ม ferromagnetism ซึ่งอิเล็กตรอนที่ไม่ได้จับคู่ทั้งหมดอยู่ในแนวเดียวกันและ antiferromagnetism ซึ่งอิเล็กตรอนที่ไม่ได้จับคู่อยู่ในแนวตรงข้ามกัน วัสดุ ferromagnetic มีช่วงเวลาแม่เหล็กโดยรวมในขณะที่วัสดุ antiferromagnetic มีช่วงเวลาแม่เหล็กเป็นศูนย์ สารประกอบถูกกำหนดว่าเป็นเฟอร์ริแมกเนติกหากอิเล็กตรอนหมุนไปยังอีกตัวหนึ่งแต่เนื่องจากความไม่เท่าเทียมกันในจำนวนของการหมุนในแต่ละทิศทางมีช่วงเวลาแม่เหล็กโดยรวม นอกจากนี้ยังมีสาร ferromagnetic ที่บังคับใช้ (เรียกว่าหมุนแก้วเหมือน) ซึ่งวัสดุ antiferromagnetic มีช่องของการหมุนที่สอดคล้องกัน (รูปที่ 1)

รูปที่ 1 ประเภทของแม่เหล็ก: (A) พาราแมกเนติก (B) ferromagnetism (C) antiferromagnetism (D) ferrimagnetism (E) บังคับ ferromagnetism

โดยทั่วไปแล้วลักษณะแม่เหล็กของวัสดุจะถูกวิเคราะห์โดยสัมพันธ์กับความไวต่อแม่เหล็ก (χ) ความไวต่อแม่เหล็กคืออัตราส่วนของการดึงดูด (M) ต่อสนามแม่เหล็ก (H) ประเภทของพฤติกรรมแม่เหล็กของสารประกอบสามารถกำหนดได้โดยค่าของ χ (ตารางที่  1 สำหรับการเปรียบเทียบพฤติกรรมของแม่เหล็กกับ χ และ ตารางที่  2 สำหรับความไวของวัสดุพาราแม่เหล็กทั่วไปบางชนิด)

วัสดุแอนติบอดีสามารถแยกความแตกต่างจากสาร paramagnetic ที่ค่าของ χ เพิ่มขึ้นด้วยอุณหภูมิในขณะที่ χ แสดงให้เห็นว่าไม่มีการเปลี่ยนแปลงหรือลดลงในค่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นสำหรับสารประกอบ paramagnetic วัสดุที่เป็นแม่เหล็กและสารป้องกันการแข็งตัวของแม่เหล็กจะสูญเสียลักษณะแม่เหล็กและกลายเป็น paramagnetic หากได้รับความร้อนอย่างเพียงพอ อุณหภูมิที่เกิดขึ้นนี้จะถูกกำหนดเป็นอุณหภูมิ Curie (TC) สำหรับสารประกอบ ferromagnetic และอุณหภูมิ Nel (TN) สำหรับสารประกอบแอนติเฟอร์โรแมกเนติก สารบางชนิดโดยเฉพาะอย่างยิ่ง lanthanides ต่อมาจะเปลี่ยนจาก paramagnetic เป็น antiferromagnetic เป็น ferromagnetic เมื่ออุณหภูมิลดลง (ตารางที่ 3)

มีคุณสมบัติพิเศษหลายประการของวัสดุแม่เหล็กที่ถูกใช้ประโยชน์ การเปลี่ยนสนามแม่เหล็กทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่ทำให้วัสดุแม่เหล็กเป็นส่วนประกอบหลักของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเกือบทั้งหมด วัสดุแม่เหล็กยังเป็นส่วนประกอบที่สำคัญสำหรับการจัดเก็บข้อมูลในคอมพิวเตอร์เซ็นเซอร์แอคทูเอเตอร์และอุปกรณ์โทรคมนาคมที่หลากหลายตั้งแต่โทรศัพท์ไปจนถึงดาวเทียม

วัสดุบางชนิดหรือที่เรียกว่าวัสดุแม่เหล็กชนิดอ่อนจะมีคุณสมบัติทางแม่เหล็กเฉพาะเมื่อสัมผัสกับแรงดึงดูดเช่นสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนไป วัสดุ ferromagnetic อ่อนเป็นสิ่งที่พบมากที่สุดเนื่องจากมีการใช้กันอย่างแพร่หลายทั้งในวงจร AC และ DC เพื่อขยายฟลักซ์ไฟฟ้า อนุภาคนาโนแม่เหล็กได้แสดงให้เห็นถึงสัญญาที่ดีในวัสดุแม่เหล็กที่อ่อนนุ่มขั้นสูง 2 วัสดุ magnetocaloric ร้อนขึ้นในที่ที่มีสนามแม่เหล็กและต่อมาเย็นลงเมื่อถูกลบออกจากสนามแม่เหล็ก ตัวอย่างเช่นธาตุเหล็กบริสุทธิ์จะเปลี่ยนอุณหภูมิไป 0.5 – 2.0 °C/Tesla เมื่อเร็วๆนี้โลหะผสมของสูตร Gd5SixGe1-x (ซึ่ง x = 0 - 5) จะแสดง การเปลี่ยนแปลง 3 - 4°C/Tesla 3,4 วัสดุนาโนแม่เหล็กบางอย่างได้แสดงคุณสมบัติ magnetocaloric ที่สำคัญ