磁気異方性

凝縮系物理学において、磁気異方性とは、物体の磁気特性が方向によって異なることを指します。最も単純な場合、物体の磁気モーメントには特定の方向はありません。つまり、磁場がどちらの方向に印加されても、物体は同じように反応します。これは磁気等方性と呼ばれます。一方、磁気異方性を持つ物質は、回転方向によって磁化されやすさが変わります。

ほとんどの磁気異方性材料では、材料を磁化しやすい方向が2つあり、それらは180°回転して離れています。これらの方向に平行な線は容易軸と呼ばれます。言い換えれば、容易軸は自発磁化にとってエネルギー的に有利な方向です。容易軸に沿った2つの反対方向は通常、同程度に磁化しやすいため、実際の磁化方向はどちらの方向にも容易に落ち着くことができ、これは自発的対称性の破れの一例です。

磁気異方性は強磁性体におけるヒステリシスの前提条件である。磁気異方性がない場合、強磁性体は超常磁性体となる。^{[ 1 ]}

情報源

物体に見られる磁気異方性は、いくつかの異なる理由で発生する可能性があります。単一の原因ではなく、特定の物体の全体的な磁気異方性は、多くの場合、これらの異なる要因の組み合わせによって説明されます。^{[ 2 ]}

磁気結晶異方性: 結晶の原子構造は、磁化の優先方向をもたらす。
形状異方性: 粒子が完全な球形でない場合、反磁場はすべての方向で均一ではなく、1つまたは複数の容易軸が生じる。
磁気弾性異方性: 張力は磁気特性を変化させ、磁気異方性を引き起こす可能性がある。
交換異方性: 反強磁性体と強磁性体が相互作用するときに発生する。^{[ 3 ]}

分子レベルで

図には、ベンゼン環 (A)、アルケン(B)、カルボニル(C)、アルキン(D)、およびより複雑な分子 (E)の磁気異方性が示されています。これらの不飽和官能基 (AD) はそれぞれ微小な磁場を生成し、そのため、遮蔽効果と化学シフトが通常とは異なる局所的な異方性領域 (円錐として示されています) が存在します。ビスアゾ化合物 (E) は、指定されたプロトン {H} がアゾ基の光異性化状態に応じて異なる化学シフトで現れる可能性があることを示しています。^{[ 4 ]}トランス異性体はプロトン {H} をベンゼン環の円錐から遠くに保持するため、磁気異方性は存在しません。一方、シス異性体はプロトン {H} を円錐の近くに保持し、それを遮蔽して化学シフトを減少させます。^{[ 4 ]}この現象により、以前から存在していたもの (青色で示されている) に加えて、新しい一連の核オーバーハウザー効果(NOE) 相互作用 (赤色で示されている) が存在します。

単一ドメイン磁石

強磁性体が厳密な意味で単一ドメインであると仮定します。つまり、磁化は均一で、一斉に回転します。磁気モーメントが ${\boldsymbol {\mu }}$ そして粒子の体積は $V$ 磁化は $\mathbf {M} ={\boldsymbol {\mu }}/V=M_{s}\left(\alpha ,\beta ,\gamma \right)$ 、どこ $M_{s}$ 飽和磁化と $\alpha ,\beta ,\gamma$ は方向余弦（単位ベクトルの成分）なので $\displaystyle \alpha ^{2}+\beta ^{2}+\gamma ^{2}=1}$ 磁気異方性に関連するエネルギーは、方向余弦によってさまざまな形で変化する可能性があり、その中で最も一般的なものを以下に説明します。

一軸

一軸異方性を持つ磁性粒子には、容易軸が1つあります。容易軸が $z$ 方向によって、異方性エネルギーは次のいずれかの形式で表すことができます。

E=KV\left(1-\gamma ^{2}\right)=KV\sin ^{2}\theta ,

どこ $V$ ボリュームは、 $K$ 異方性定数、そして $\theta$ 容易軸と粒子の磁化との間の角度。形状異方性を明示的に考慮すると、記号は $\displaystyle {\mathcal {N}}}$ は異方性定数を示すためによく使われますが、 $K$ 広く用いられているストーナー・ウォルファースモデルでは、異方性は一軸性である。

三軸

三軸異方性を持つ磁性粒子は、依然として単一の容易軸を持つが、困難軸（最大エネルギーの方向）と中間軸（エネルギーの鞍点に関連する方向）も持つ。座標は、エネルギーが次の形式になるように選択できる。

E=K_{a}V\alpha ^{2}+K_{b}V\beta ^{2}.

もし $K_{a}>K_{b}>0,$ 簡単な軸は $z$ 方向、中間軸は $y$ 方向とハード軸は $x$ 方向。^{[ 5 ]}

キュービック

立方晶異方性を持つ磁性粒子は、異方性パラメータに応じて3つまたは4つの容易軸を持つ。エネルギーは次の形式をとる。

E=KV\left(\alpha ^{2}\beta ^{2}+\beta ^{2}\gamma ^{2}+\gamma ^{2}\alpha ^{2}\right).

もし $K>0,$ 簡単な軸は $x,y,$ そして $z$ 軸。もし $K<0,$ 特徴として、4つの簡単な軸があります。 $x=\pm y=\pm z$ 。

参考文献

↑アハロニ、アミカム(1996)。強磁性理論の紹介。クラレンドンプレス。ISBN 978-0-19-851791-7。
↑マッケイグ、マルコム (1977).永久磁石の理論と実践. ペンテックプレス. ISBN 978-0-7273-1604-2。
↑ Meiklejohn, WH; Bean, CP (1957-02-03). "新しい磁気異方性". Physical Review . 105 (3): 904– 913. Bibcode : 1957PhRv..105..904M . doi : 10.1103/PhysRev.105.904 .
1 2カゼム・ロスタミ、マスード。アフメドフ、ノヴルズ G.。ファラマルツィ、サデグ (2019)。「ビスアゾ・トレガー塩基類似体の光異性化の分光学的および計算による研究」。分子構造ジャーナル。1178 : 538–543 . Bibcode : 2019JMoSt1178..538K。土井：10.1016/j.molstruc.2018.10.071。S2CID 105312344。
↑ Donahue, Michael J.; Porter, Donald G. (2002). "均一に磁化された物体におけるスイッチングの解析". IEEE Transactions on Magnetics . 38 (5): 2468–2470 . Bibcode : 2002ITM....38.2468D . CiteSeerX 10.1.1.6.6007 . doi : 10.1109/TMAG.2002.803616 .

さらに読む

チャブリコフ、SV （ 1995）。量子磁気理論の方法（英語訳）（第1 版）。シュプリンガー。ISBN 978-0-306-30263-3。

[1] アハロニ、アミカム(1996)。強磁性理論の紹介。クラレンドンプレス。ISBN 978-0-19-851791-7。

[2] マッケイグ、マルコム (1977).永久磁石の理論と実践. ペンテックプレス. ISBN 978-0-7273-1604-2。

[3] Meiklejohn, WH; Bean, CP (1957-02-03). "新しい磁気異方性". Physical Review . 105 (3): 904– 913. Bibcode : 1957PhRv..105..904M . doi : 10.1103/PhysRev.105.904 .

[:0-4] 1 2カゼム・ロスタミ、マスード。アフメドフ、ノヴルズ G.。ファラマルツィ、サデグ (2019)。「ビスアゾ・トレガー塩基類似体の光異性化の分光学的および計算による研究」。分子構造ジャーナル。1178 : 538–543 . Bibcode : 2019JMoSt1178..538K。土井：10.1016/j.molstruc.2018.10.071。S2CID 105312344。

[5] Donahue, Michael J.; Porter, Donald G. (2002). "均一に磁化された物体におけるスイッチングの解析". IEEE Transactions on Magnetics . 38 (5): 2468–2470 . Bibcode : 2002ITM....38.2468D . CiteSeerX 10.1.1.6.6007 . doi : 10.1109/TMAG.2002.803616 .

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磁気異方性

情報源

分子レベルで

単一ドメイン磁石

一軸

三軸

キュービック

関連項目

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関連するトピック

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磁気

方向によって異なること

磁気モーメントには特定の方向はありません。つまり、