การต้านเฟอร์โรแมกเนติกและระเบียบเชิงแม่เหล็ก

เมื่ออันตรกิริยาแลกเปลี่ยนส่งเสริมการจัดเรียงแบบตรงกันข้าม สปินที่อยู่ใกล้เคียงจะชี้ไปในทิศทางตรงกันข้าม ทำให้เกิดระเบียบแบบต้านเฟอร์โรแมกเนติกและเฟอร์ริแมกเนติก โดยมีสภาพแม่เหล็กสุทธิเพียงเล็กน้อยหรือไม่เลย

Definition

การต้านเฟอร์โรแมกเนติกคือสถานะที่มีระเบียบเชิงแม่เหล็กซึ่งสปินบนโครงข่ายย่อยที่ซ้อนทับกันจัดเรียงตัวแบบตรงกันข้าม ทำให้สภาพแม่เหล็กสุทธิเป็นศูนย์; เฟอร์ริแมกเนติซึมคือระเบียบที่คล้ายกันแต่มีโมเมนต์ของโครงข่ายย่อยไม่เท่ากัน ทำให้มีสภาพแม่เหล็กสุทธิเหลืออยู่ ซึ่งทั้งสองอย่างนี้จะเกิดขึ้นต่ำกว่าอุณหภูมิการจัดเรียงที่เฉพาะเจาะจง

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมระเบียบเชิงแม่เหล็กที่นอกเหนือจากเฟอร์โรแมกเนติซึมแบบง่ายๆ ได้แก่ การต้านเฟอร์โรแมกเนติกที่มีโครงข่ายย่อยที่หักล้างกันและอุณหภูมินีล, เฟอร์ริแมกเนติซึมที่มีโครงข่ายย่อยไม่เท่ากันและมีโมเมนต์สุทธิ, ทฤษฎีสนามโมเลกุลแบบสองโครงข่ายย่อย, และการจัดเรียงแบบเกลียวและไม่เป็นแนวเดียวกันที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น นอกจากนี้ยังกล่าวถึงว่าการแลกเปลี่ยนเชิงลบและเรขาคณิตของโครงสร้างผลึกเลือกรูปแบบการจัดเรียงอย่างไร, จุดยอดของสภาพรับแม่เหล็กที่อุณหภูมิการจัดเรียง, และบทบาทของการเลี้ยวเบนของนิวตรอนในการตรวจจับระเบียบที่มองไม่เห็นด้วยการวัดสภาพแม่เหล็กโดยรวม

Core questions

• อันตรกิริยาแลกเปลี่ยนเชิงลบนำไปสู่การจัดเรียงโครงข่ายย่อยแบบตรงกันข้ามได้อย่างไร?
• อุณหภูมินีลคืออะไร และสภาพรับแม่เหล็กมีพฤติกรรมอย่างไรเมื่ออยู่รอบๆ อุณหภูมินั้น?
• เฟอร์ริแมกเนติซึมแตกต่างจากการต้านเฟอร์โรแมกเนติกในแง่ของโมเมนต์สุทธิอย่างไร?
• เหตุใดจึงจำเป็นต้องใช้การเลี้ยวเบนของนิวตรอนเพื่อเปิดเผยระเบียบแบบต้านเฟอร์โรแมกเนติก?

Key concepts

• โครงข่ายย่อยต้านเฟอร์โรแมกเนติก
• อุณหภูมินีลและจุดยอดของสภาพรับแม่เหล็ก
• เฟอร์ริแมกเนติซึมและโมเมนต์ที่ไม่หักล้างกัน
• ทฤษฎีสนามโมเลกุลแบบสองโครงข่ายย่อย
• โครงสร้างแม่เหล็กแบบเกลียวและไม่เป็นแนวเดียวกัน

Key theories

ทฤษฎีสองโครงข่ายย่อยของนีล

นีลได้ขยายทฤษฎีสนามโมเลกุลไปยังโครงข่ายย่อยสองชุดที่ซ้อนทับกันซึ่งเชื่อมโยงกันด้วยการแลกเปลี่ยนเชิงลบ โดยทำนายระเบียบแบบต้านเฟอร์โรแมกเนติกที่ต่ำกว่าอุณหภูมินีล และสำหรับโครงข่ายย่อยที่ไม่เท่ากัน จะเกิดเฟอร์ริแมกเนติซึมที่มีสภาพแม่เหล็กสุทธิ ซึ่งอธิบายสภาพแม่เหล็กของเฟอร์ไรต์

Clinical relevance

สารต้านเฟอร์โรแมกเนติกและเฟอร์ริแมกเนติกมีความสำคัญต่อเทคโนโลยี: เฟอร์ไรต์ถูกใช้ในหม้อแปลงไฟฟ้า, ตัวเหนี่ยวนำ, และอุปกรณ์ไมโครเวฟ ในขณะที่ระเบียบแบบต้านเฟอร์โรแมกเนติกตรึงชั้นอ้างอิงในวาล์วสปินของเซ็นเซอร์แม่เหล็ก และกำลังถูกสำรวจเพื่อใช้เป็นตัวกลางที่ทำงานในสปินทรอนิกส์แบบต้านเฟอร์โรแมกเนติกที่รวดเร็วและทนทาน

History

นีล (Néel) ได้ทำนายการต้านเฟอร์โรแมกเนติกและพัฒนาทฤษฎีเฟอร์ริแมกเนติซึมในช่วงทศวรรษ 1930 และ 1940 ซึ่งผลงานนี้ได้รับการยอมรับด้วยรางวัลโนเบลในปี 1970; การทดลองการเลี้ยวเบนของนิวตรอนของชูลล์ (Shull) ในช่วงปลายทศวรรษ 1940 ได้ยืนยันโดยตรงถึงระเบียบแบบต้านเฟอร์โรแมกเนติกที่การวัดสภาพแม่เหล็กโดยรวมไม่สามารถเปิดเผยได้

Key figures

• Louis Néel
• Lev Landau
• Clifford Shull

Seminal works

• neel1948
• blundell2001

Frequently asked questions

วัสดุที่มีระเบียบเชิงแม่เหล็กแต่ไม่มีสภาพแม่เหล็กสุทธิได้อย่างไร?

ในสารต้านเฟอร์โรแมกเนติก สภาพแม่เหล็กของโครงข่ายย่อยที่เท่ากันและตรงกันข้ามจะหักล้างกันอย่างสมบูรณ์ ดังนั้นจึงมีระเบียบสปินระยะไกลแต่มีโมเมนต์สุทธิเป็นศูนย์ ระเบียบนี้เป็นของจริงและสามารถตรวจจับได้ด้วยการเลี้ยวเบนของนิวตรอน แม้ว่าการวัดสภาพแม่เหล็กโดยรวมแทบจะไม่เห็นอะไรเลยก็ตาม

ความแตกต่างระหว่างสารต้านเฟอร์โรแมกเนติกและเฟอร์ริแมกเนติกคืออะไร?

ทั้งสองมีโครงข่ายย่อยที่จัดเรียงแบบตรงกันข้าม แต่ในสารต้านเฟอร์โรแมกเนติก โมเมนต์ที่ตรงข้ามกันจะเท่ากันและหักล้างกัน ในขณะที่ในเฟอร์ริแมกเนติก โครงข่ายย่อยไม่เท่ากัน ดังนั้นจึงมีสภาพแม่เหล็กสุทธิเหลืออยู่ คล้ายกับในสารเฟอร์โรแมกเนติก