Từ tính trong vật chất

Vật liệu phản ứng với từ trường bằng cách bị từ hóa, với các hành vi nghịch từ, thuận từ và sắt từ.

Definition

Nghiên cứu về cách vật liệu thu được mômen từ trên một đơn vị thể tích (từ hóa) để đáp ứng với các trường tác dụng, được đặc trưng vĩ mô bởi độ cảm từ và độ từ thẩm và được phân loại theo dấu và độ lớn của phản ứng là nghịch từ, thuận từ hoặc sắt từ.

Scope

Chủ đề này bao gồm sự từ hóa của vật chất, dòng điện liên kết, trường phụ H, độ cảm từ và độ từ thẩm, và ba loại phản ứng từ chính — nghịch từ, thuận từ và sắt từ — bao gồm cả hiện tượng trễ và các miền từ. Nó đề cập đến các môi trường tuyến tính và nguồn gốc vi mô định tính của trật tự từ, trong khi lý thuyết lượng tử chi tiết thuộc về vật lý vật chất ngưng tụ.

Core questions

• Sự từ hóa tạo ra dòng điện liên kết và trường H như thế nào?
• Điều gì phân biệt vật liệu nghịch từ, thuận từ và sắt từ?
• Tại sao vật liệu sắt từ lại thể hiện hiện tượng trễ và giữ lại từ hóa?

Key concepts

• từ hóa
• dòng điện liên kết
• trường phụ H
• độ cảm từ
• độ từ thẩm
• nghịch từ
• thuận từ
• sắt từ
• hiện tượng trễ
• miền từ

Key theories

Từ hóa và dòng điện liên kết

Các lưỡng cực nguyên tử được sắp xếp tạo ra một sự từ hóa mà sự biến đổi không gian của nó tương đương với dòng điện thể tích và bề mặt liên kết, dẫn đến trường phụ H chỉ được tạo ra bởi các dòng điện tự do.

Các loại phản ứng từ

Vật liệu nghịch từ chống lại trường yếu, vật liệu thuận từ sắp xếp yếu theo trường, và vật liệu sắt từ thể hiện sự từ hóa mạnh, thường là vĩnh viễn với cấu trúc miền và hiện tượng trễ dưới nhiệt độ Curie.

Clinical relevance

Vật liệu từ tính là trung tâm của nam châm vĩnh cửu, lõi máy biến áp và động cơ, phương tiện ghi từ tính, và các cân nhắc về độ tương phản và che chắn trong hình ảnh cộng hưởng từ.

History

Faraday đã phân loại các chất là thuận từ hoặc nghịch từ vào những năm 1840. Pierre Curie đã thiết lập các định luật nhiệt độ cho độ cảm từ vào khoảng năm 1895, và Weiss đã giới thiệu lý thuyết trường phân tử về sắt từ và các miền vào đầu thế kỷ XX, sau này được đặt nền tảng trong các tương tác trao đổi lượng tử.

Key figures

• Pierre Curie
• Pierre Weiss
• Michael Faraday

Seminal works

• landau1984
• kittel2005

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa B và H là gì?

B là tổng từ trường bao gồm sự đóng góp của vật chất bị từ hóa, trong khi H (trường phụ) được xây dựng sao cho các nguồn của nó chỉ là các dòng điện tự do; trong môi trường tuyến tính, chúng tỷ lệ thuận với nhau thông qua độ từ thẩm.

Tại sao vật liệu sắt từ lại giữ được từ tính?

Sự ghép nối trao đổi mạnh mẽ làm cho các mômen nguyên tử lân cận sắp xếp thành các miền; một khi trường ngoài sắp xếp các miền, hiện tượng trễ cho phép phần lớn sự từ hóa tồn tại sau khi trường bị loại bỏ, tạo ra một nam châm vĩnh cửu.