Ферромагнетик

Определение

Ферромагнетики — вещества (как правило, в твёрдом кристаллическом или аморфном состоянии), в которых ниже определённой критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов или ионов (в неметаллических кристаллах) или моментов коллективизированных электронов (в металлических кристаллах). Ландау предсказал существование диамагнетизма свободных электронов.

Свойства ферромагнетиков

• Ферромагнетики сильно втягиваются в область более сильного магнитного поля.
• Магнитная восприимчивость ферромагнетиков положительна и значительно больше единицы.
• При не слишком высоких температурах ферромагнетики обладают самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий.

Представители ферромагнетиков

Среди химических элементов

Среди химических элементов ферромагнитны переходные элементы Fe, Со и Ni (3 d-металлы) и редкоземельные металлы Gd, Tb, Dy, Er. (См. Таблицу 1)

Таблица 1. — Ферромагнитные металлы

Металлы Tc², К Js0 ¹, Гс Fe  1043   1735,2  Co  1403   1445   Ni   631   508,8  Gd  289   1980

Металлы Tc², К Js0 ¹, Гс Tb  223   2713  Dy  87   1991,8  Ho  20   3054,6  Er  19,6   1872,6

¹ J_s0 — величина намагниченности единицы объёма при абсолютном нуле температуры, называемая спонтанной намагниченностью.
² T_c — критическая температура, связанная с фазовым переходом из парамагнитного в ферромагнитное состояние, называемая точкой Кюри.

Для 3d-металлов и Gd характерна коллинеарная ферромагнитная атомная структура, а для остальных редкоземельных ферромагнетиков — неколлинеарная (спиральная и др.; см. Магнитная структура).

Среди соединений

Ферромагнитны также многочисленные металлические бинарные и более сложные (многокомпонентные) сплавы и соединения упомянутых металлов между собой и с другими неферромагнитными элементами, сплавы и соединения Cr и Mn с неферромагнитными элементами (так называемые Гейслеровы сплавы), соединения ZrZn₂ и Zr_xM_1-xZn₂ (где М — это Ti, Y, Hf), Au₄V, Sc₃In и др. (Таблица 2), а также некоторые соединения металлов группы актиноидов (например, UH₃).

Соединение	Tc, К	Соединение	Tc, К
Fe3AI	743	TbN	43
Ni3Mn	773	DyN	26
FePd3	705	EuO	77
MnPt3	350	MnB	578
CrPt3	580	ZrZn2	35
ZnCMn3	353	Au4V	42–43
AlCMn3	275	Sc3ln	5–6

Другие известные

Особую группу ферромагнетиков образуют сильно разбавленные растворы замещения парамагнитных атомов, например Fe или Со в диамагнитной матрице Pd. В этих веществах атомные магнитные моменты распределены неупорядоченно (при наличии ферромагнитного порядка отсутствует атомный порядок). Ферромагнитный порядок обнаружен также в аморфных (метастабильных) металлических сплавах и соединениях, аморфных полупроводниках, в обычных органических и неорганических стёклах, халькогенидах (сульфидах, селенидах, теллуридах) и т. п. Число известных неметаллических ферромагнетиков пока невелико. Это, например, ионные соединения типа La_1-x Ca_xMnO₅(0,4 > x > 0,2), EuO, Eu₂SiO₄, EuS, EuSe, EuI₂, CrB₃ и т. п. У большинства из них точка Кюри лежит ниже 1 К. Только у соединений Eu, халькогенидов, CrB₃ значение Q ~ 100 К.

Применение

• Электромагниты

Литература

• К.М. Хёрд - Многообразие видов магнитного упорядочения в твёрдых телах
• Тябликов С. В. Методы квантовой теории магнетизма. 2-е изд. — М., 1975.

См. также

• Парамагнетики
• Диамагнетики
• Антиферромагнетики
• Ферримагнетики
• Сперомагнетики
• Асперомагнетики
• Гелимагнетики
• Спиновые стёкла
• Миктомагнетики
• Сперимагнетики