مغناطیس در جامدات
رفتار مغناطیسی مواد، از دافعه ضعیف دیامغناطیسی تا نظم خودبهخودی یک فرومغناطیس، از اسپینهای الکترون، گشتاورهای اوربیتالی، و برهمکنش تبادلی کوانتومی که آنها را به هم پیوند میدهد، نشأت میگیرد.
Definition
مغناطیس در جامدات مطالعه چگونگی پاسخ گشتاورهای مغناطیسی الکترونیکی به میدانها و نظم یافتن آنها در میان خود است؛ برهمکنش تبادلی، که نتیجه اصل پاولی و دافعه کولنی است، حالتهای تعاونی مانند فرومغناطیس و آنتیفرومغناطیس را در دماهای گذار مشخصی هدایت میکند.
Scope
این حوزه منشأ و طبقهبندی مغناطیس در جامدات را پوشش میدهد: دیامغناطیس و پارامغناطیس گشتاورهای منفرد، برهمکنش تبادلی و مدل هایزنبرگ، نظم فرومغناطیسی، آنتیفرومغناطیسی و فریمغناطیسی، گذارهای فاز مغناطیسی و دماهای کوری و نیل، و تحریکات موج اسپینی کمانرژی موسوم به مگنونها. این بخش بر منشأ کوانتومی-مکانیکی و آماری نظم مغناطیسی تأکید دارد تا مهندسی ابزارهای مغناطیسی.
Sub-topics
Core questions
- چه چیزی پاسخهای مغناطیسی دیامغناطیسی، پارامغناطیسی، و با نظم تعاونی را متمایز میکند؟
- چرا برهمکنش تبادلی، و نه نیروهای دوقطبی مغناطیسی، مسئول نظم مغناطیسی است؟
- آرایشهای فرومغناطیسی، آنتیفرومغناطیسی، و فریمغناطیسی چه تفاوتی با هم دارند و چه چیزی دماهای گذار آنها را تعیین میکند؟
- امواج اسپینی و مگنونها چه هستند و چگونه رفتار دمای پایین یک آهنربای منظم را کنترل میکنند؟
Key concepts
- دیامغناطیس و پارامغناطیس
- برهمکنش تبادلی و مدل هایزنبرگ
- نظم فرومغناطیسی، آنتیفرومغناطیسی و فریمغناطیسی
- دماهای کوری و نیل و گذارهای فاز مغناطیسی
- امواج اسپینی و مگنونها
Key theories
- برهمکنش تبادلی و مدل هایزنبرگ
- هایزنبرگ نشان داد که اصل طرد پاولی همراه با دافعه کولنی، یک جفتشدگی اسپین-اسپین مؤثر تولید میکند که چندین برابر قویتر از نیروهای دوقطبی است و منشأ کوانتومی نظم فرومغناطیسی و آنتیفرومغناطیسی را فراهم میآورد.
- تحریکات موج اسپینی (مگنون)
- کمانرژیترین تحریکات یک آهنربای منظم، پیشرویهای جمعی اسپینها هستند که به صورت مگنونهای بوزونی کوانتیده میشوند و پراکندگی آنها وابستگی دمایی مغناطش را توضیح میدهد، مانند قانون T به توان سه دوم بلوخ.
Clinical relevance
نظم مغناطیسی زیربنای آهنرباهای دائمی، ذخیرهسازی دادههای مغناطیسی، و اسپینترونیک است؛ درک تبادل، ناهمسانگردی، و تحریکات اسپینی برای رسانههای ضبط مغناطیسی، حسگرها، و فناوریهای نوظهور اطلاعات مبتنی بر اسپین ضروری است.
History
نظریه میدان مولکولی وایس (۱۹۰۷) به صورت پدیدارشناختی فرومغناطیس را توضیح داد، اما تنها شناسایی برهمکنش تبادلی کوانتومی توسط هایزنبرگ در سال ۱۹۲۸ منشأ میکروسکوپی آن را فراهم کرد؛ کار نیل بر روی آنتیفرومغناطیس و فریمغناطیس در دهههای ۱۹۳۰ و ۱۹۴۰ طبقهبندی اساسی نظم مغناطیسی را تکمیل کرد.
Key figures
- Werner Heisenberg
- Pierre Weiss
- Louis Néel
Related topics
Seminal works
- heisenberg1928
- blundell2001
- ashcroft1976
Frequently asked questions
- چرا برهمکنش تبادلی بسیار قویتر از نیروهای مغناطیسی بین گشتاورها است؟
- منشأ تبادل الکترواستاتیکی است: اصل پاولی الکترونها با اسپینهای موازی یا پادموازی را مجبور میکند که در حالتهای فضایی متفاوتی با انرژیهای کولنی متفاوت قرار گیرند. این اختلاف انرژی در مقایسه با برهمکنش دوقطبی مغناطیسی ناچیز است، بنابراین مقیاس نظم مغناطیسی را تعیین میکند.
- در دمای کوری چه اتفاقی میافتد؟
- بالاتر از دمای کوری، اغتشاش حرارتی بر همترازی تبادلی غلبه میکند و یک فرومغناطیس مغناطش خودبهخودی خود را از دست میدهد و پارامغناطیس میشود؛ این یک گذار فاز پیوسته با رفتار بحرانی مشخص است.