物質中の磁性

物質は磁場に応答して磁化され、反磁性、常磁性、強磁性の挙動を示す。

Definition

印加された磁場に応答して、物質が単位体積あたりの磁気モーメント（磁化）をどのように獲得するかを研究する分野であり、巨視的には磁化率と透磁率によって特徴づけられ、応答の符号と大きさによって反磁性、常磁性、強磁性に分類される。

Scope

このトピックでは、物質の磁化、束縛電流、補助磁場H、磁化率と透磁率、および反磁性、常磁性、強磁性の3つの主要な磁気応答の分類（ヒステリシスと磁区を含む）について扱う。線形媒体と磁気秩序の定性的な微視的起源について論じるが、詳細な量子論は凝縮系物理学の範疇である。

Core questions

• 磁化はどのようにして束縛電流とH場を生じさせるのか？
• 反磁性、常磁性、強磁性材料を区別するものは何か？
• なぜ強磁性体はヒステリシスを示し、磁化を保持するのか？

Key concepts

• 磁化
• 束縛電流
• 補助磁場H
• 磁化率
• 透磁率
• 反磁性
• 常磁性
• 強磁性
• ヒステリシス
• 磁区

Key theories

磁化と束縛電流

整列した原子双極子は磁化を生み出し、その空間的変化は束縛体積電流および表面電流に相当し、自由電流のみを源とする補助磁場Hを導く。

磁気応答の分類

反磁性体は磁場に弱く反発し、常磁性体は磁場に弱く整列し、強磁性体はキュリー温度以下で磁区構造とヒステリシスを伴う強い、しばしば永続的な磁化を示す。

Clinical relevance

磁性材料は、永久磁石、変圧器やモーターのコア、磁気記録媒体、および磁気共鳴画像法におけるコントラストと遮蔽の考慮事項の中心である。

History

ファラデーは1840年代に物質を常磁性または反磁性に分類した。ピエール・キュリーは1895年頃に磁化率の温度法則を確立し、ワイスは20世紀初頭に強磁性の分子場理論と磁区を導入し、後に量子交換相互作用によって基礎づけられた。

Key figures

• Pierre Curie
• Pierre Weiss
• Michael Faraday

Seminal works

• landau1984
• kittel2005

Frequently asked questions

BとHの違いは何ですか？

Bは磁化された物質の寄与を含む全磁場であり、H（補助磁場）はその源が自由電流のみであるように構成されている。線形媒体では、それらは透磁率を介して比例関係にある。

なぜ強磁性体は磁化されたままなのですか？

強い交換結合が隣接する原子モーメントを磁区に整列させ、外部磁場が磁区を整列させると、ヒステリシスによって磁場が除去された後も磁化の大部分が持続し、永久磁石となる。