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)

Table 1.พฤติกรรมแม่เหล็กเทียบกับค่าความไวต่อแม่เหล็ก

พฤติกรรมแม่เหล็ก	ค่า χ
ไดแอแม่เหล็ก	เล็กและลบ
พาราแมกเนติก	เล็กและเป็นบวก
ferromagnetic	ขนาดใหญ่และบวก
แอนติเฟโรเมติก	เล็กและเป็นบวก

Table 2.ความไวต่อมวลของวัสดุพาราแมกเนติกทั่วไปบางชนิด [EMU = หน่วยแม่เหล็กไฟฟ้า (10 - 3 แอมป์·m2), OE = Oersted 103 š 4·- 1·แอมป์·m - 1)]

สารประกอบ/องค์ประกอบ	สูตร	ความไวต่อมวล (χm) (m3/kg)	ความไวต่อมวล (χm) (EMU/OE•g) x 10-3
ซีเรียม	CE	64.84	5.160
โครเมียม (iii) ออกไซด์	CR2O3	24.63	1.960
โคบอลต์ (II) ออกไซด์	CoO	61.57	4.900
ความผิดปกติ	ดี	1301	103.500
dysprosium ออกไซด์	dy2O3	1126	89.600
เออร์เบียม	เอ่อ	556.7	44.300
เออร์เบียมออกไซด์	ER2O3	928.9	73.920
ยูโรเปียม	สหภาพยุโรป	427.3	34.000
ยูโรเปียมออกไซด์	EU2O3	126.9	10.100
แกโดลิเนียม	ดีจัง	9488	755.000
แกโดลิเนียมออกไซด์	GD2O3	668.5	53.200
เหล็ก (II) ออกไซด์	ฟีโอ	90.48	7.200
เหล็ก (iii) ออกไซด์	FE2O3	45.06	3.586
ไอออน (II) ซัลไฟด์	เฟส	13.5	1.074
นีโอดิเมีย	ครั้งที่สอง	70.72	5.628
นีโอดิเมียมออกไซด์	ND2O3	128.2	10.200
โพแทสเซียมซุปเปอร์ออกไซด์	เกาะ2	40.59	3.230
ไดเมียม	ประชาสัมพันธ์	62.96	5.010
ซาแมเรียม	SM	28.02	2.230
ซาแมเรียมออกไซด์	SM2O3	24.98	1.988
เทอบิยม	Tb	1822	146.000
เทอบิยมออกไซด์	TB2O3	984.4	78.340
โทเลียม	TM	320.4	25.500
Thulium oxide	TM2O3	646.5	51.444
วาเนเดียมออกไซด์	V2O3	24.83	1.976

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)

Table 3.คูรีและเนเอลอุณหภูมิของแลนทาไนด์บางชนิด

	Curie Temperature	Néel Temperature	urie Temperature	Néel Temperature
โลหะ	TC (°C)	TN (°C)	TC (K)	เทนเนสซี (K)
CE		-260.65		12.5
ประชาสัมพันธ์		-248		25
ครั้งที่สอง		-254		19
SM		-258.35		14.8
สหภาพยุโรป		-183		90
ดีจัง	20		293
Tb	-51	-44	222	229
ดี	-188	-94	85	179
โฮ	-253	-142	20	131
เอ่อ	-253	-189	20	84
TM	-248	-217	25	56

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