Физическая энциклопедия - магнетизм

можно определить как особую форму матер. вз-ствий, возникающих между движущимися электрически заряж. ч-цами. Передача магн. вз-ствия, реализующая связь между пространственно-разделёнными телами, осуществляется магнитным полем. Оно представляет собой наряду с электрич. полем одно из проявлений эл.-магн. формы движения материи (см.

В ат. масштабах для эл-нов и нуклонов (протонов, нейтронов) имеются два типа мпкроскопич. токов орбитальные, связанные с переносом центра тяжести этих ч-ц в атоме, и спиновые, связанные с их внутр. движением. Количеств. характеристикой М. частиц явл. их орбитальный и спиновый магн. моменты. Поскольку все микроструктурные элементы в-в электроны, протоны и нейтроны обладают магн.

моментами, то и любые их комбинации ат. ядра и электронные оболочки, а также и комбинации их комбинаций, т. е. атомы, молекулы и макроскопич. тела, могут в принципе быть источниками М. Т. о., по существу все в-ва обладают магн. св-вами. Известны два осн. эффекта воздействия внеш. магн. поля на в-ва. Во-первых, в соответствии с законом эл.

моментом (спиновым, орбитальным или тем и другим), то внеш. поле будет стремиться ориентировать его вдоль своего направления. В результате возникает параллельный полю магн. момент, к-рый наз. парамагнитным (см. ПАРАМАГНЕТИЗМ). Существ. влияние на магн. свойства в-ва могут оказать также внутр. вз-ствия (электрич. и магн. природы) между микрочастицами носителями магн.

момента (атомами и др.). В нек-рых случаях благодаря этим вз-ствиям оказывается энергетически выгоднее, чтобы в в-ве существовала самопроизвольная (не зависящая от внеш. поля) упорядоченность в ориентации магн. моментов ч-ц (ат. магн. порядок). В-ва, в к-рых ат. магн. моменты ориентированы параллельно друг другу, наз. ферромагнетиками (см.

ФЕРРОМАГНЕТИЗМ), соответственно антиферромагнетиками наз. в-ва, в к-рых соседние ат. моменты расположены антипараллельно (см. АНТИФЕРРОМАГНЕТИЗМ). Кроме таких коллинеарных феррои антиферромагнитных ат. структур, наблюдаются и неколлинеарные (винтовые, треугольные и др.). Сложность ат. структуры в-в, построенных из огромного числа атомов, приводит к практически неисчерпаемому разнообразию их магн.

св-в. При рассмотрении магн. свойств в-в для них употребляют общий термин «магнетики». Взаимосвязь магн. свойств в-в с их немагн. св-вами (электрич., механич., оптическими и т. д.) позволяет очень часто использовать исследования магн. св-в как источник информации о внутр. структуре микрочастиц и тел макроскопич. размеров. Огромный диапазон магн.

Магнетизм веществ. Макроскопич. описание магн. свойств в-в обычно проводится в рамках теории эл.-магн. поля (см. МАКСВЕЛЛА УРАВНЕНИЯ), термодинамики и статистической физики. Одной из осн. макроскопич. хар-к магнетика, определяющих его термодинамич. состояние, явл. вектор намагниченности J (суммарный магн. момент ед. объёма магнетика).

Вектор J ф-ция напряжённости магн. поля Н. Графически зависимость J(H) изображается кривой намагничивания, имеющей разл. вид у разных магнетиков. В ряде в-в между J и Н существует линейная зависимость: J=cH, где c магнитная восприимчивость ед. объёма в-ва (у диамагнетиков c0). У ферромагнетиков J связана с H нелинейно; у них восприимчивость зависит не только от темп-ры Т и свойств вещества, но и от поля H.

момент этих атомов равен нулю. В результате атомы щелочных металлов парамагнитны. У атомов переходных металлов (Fe, Co, Ni, редкоземельных металлов (РЗМ) и др.) не достроены dи f-слои их электронных оболочек. Спиновые и орбитальные магн. моменты эл-нов этих слоев не скомпенсированы, что приводит к существованию у изолированных атомов Fe, Co, Ni и РЗМ значит.

магн. момента. Магн. свойства в-в определяются природой ат. носителей М. и хар-ром их вз-ствий. Даже в-во одного и того же хим. состава в зависимости от внеш. условий, а также крист. или фазовой структуры (напр., степени упорядочения атомов в сплавах и т. п.) может обладать разл. магн. св-вами. Напр., Fe, Со и Ni в крист. состоянии ниже определ.

носителями М. в в-ве можно охарактеризовать величиной энергии этого вз-ствия eвз, рассчитанной на отд. пару частиц носителей магн. момента. Энергию eвз, обусловленную электрич. и магн. вз-ствием ч-ц, можно сопоставить с величинами энергий др. ат. вз-ствий: с энергией ч-цы, имеющей магн. момент порядка =mБ в нек-ром эффективном магн. поле Hэфф, т.

е. с eH=mБHэфф, и со ср. энергией теплового движения ч-цы при нек-рой эффективной критич. темп-ре Тк, т. е. eT=kTк (Hэфф и Тк служат мерами энергии вз-ствия ч-ц). При значениях напряжённости внеш. поля HТк будут доминировать внеш. факторы темп-pa или поле, подавляющие эффекты внутр. вз-ствия («слабый» М. в-в). Эта классификация формальна, т. к. не вскрывает физ.

природы Hэфф и Tк. Для полного выяснения природы магн. свойств в-ва необходимо знать не только величину энергии eвз по сравнению с eT или eH, но также и её физ. происхождение и хар-р магн. момента носителей (орбитальный или спиновый). Если исключить случай ядерного М., то в. электронных оболочках атомов и молекул, а также в электронной системе конденсированных в-в (жидкости, кристаллы) действуют два типа сил электрические и магнитные.

сил уже при 1 К. Согласно квант. механике, наряду с кулоновским электростатич. вз-ствием заряж. ч-ц существует также чисто квантовое электростатическое обменное взаимодействие, зависящее от взаимной ориентации магн. моментов эл-нов. Эта часть вз-ствия, электростатическая по своей природе, оказывает существ. влияние на магн. состояние электронных систем.