自発磁化

自発磁化とは、キュリー温度またはT _Cと呼ばれる臨界点以下の強磁性体またはフェリ磁性体において、印加磁場がゼロのときに秩序だったスピン状態 (磁化)が出現することです。

T _{C を}超える温度に加熱すると、強磁性体は常磁性になり、その磁気的挙動はスピン波またはマグノンによって支配される。これは、meV 範囲のエネルギーを持つボソン集団励起である。T C 未満で発生する磁化は、 グローバル_対称性の「自発的」破れの一例であり、ゴールドストーンの定理によって説明される現象である。「対称性の破れ」という用語は、スピンによる磁化方向の選択を指し、T _{C を}超えると球対称性を持ち、 T _C未満では優先軸 (磁化方向) を持つ。^{[引用が必要]}

低温における自発磁化の温度依存性は、一次近似でブロッホT ^3/2の法則で与えられる: ^{[1] : 708}

${\displaystyle M(T)=M(0)\left(1-(T/T_{c}\right)^{3/2}),}$

ここで、M(0)は絶対零度における自発磁化である。高温での自発磁化の減少は、スピン波の励起の増加によって引き起こされる。粒子記述では、スピン波はマグノンに対応し、マグノンは対称性の破れに対応する質量のないゴールドストーン粒子である。これは等方性磁石の場合にまさに当てはまる。

磁気異方性、つまり結晶内でモーメントが自発的に整列する容易方向の存在は、しかしながら「質量のある」マグノンに対応します。これは、それらが励起するのに最小限のエネルギーしかかからないことを言い換えたものであり、したがってそれらが励起される可能性は非常に低いということです。したがって、異方性磁石の磁化は低温で破壊されにくく、磁化の温度依存性はそれに応じてブロッホ T ^{3/2 の}法則から外れます。実際の磁石はすべて、ある程度異方性があります。 ${\displaystyle T\rightarrow 0}$

キュリー温度付近では、

${\displaystyle M(T)\propto \left(T_{c}-T\right)^{\beta },}$

ここでβは磁気相互作用の普遍性クラスに依存する臨界指数である。実験的には鉄では指数は0.34 、ニッケルでは0.51である。^[2]

2つのレジームの経験的補間は次のように与えられる。

${\displaystyle {\frac {M(T)}{M(0)}}=\left(1-(T/T_{c}\right)^{\alpha })^{\beta },}$

この補間の 2 つの極限は、それぞれ についてはブロッホの法則に似た法則、 については臨界動作に似た法則に従うため、簡単に確認できます。 ${\displaystyle T\rightarrow 0}$${\displaystyle T\rightarrow T_{C}}$

• 磁化

• 自発磁化 - ファインマン物理学講義
• アシュクロフト、ニール W.;マーミン、N. デイビッド(1976)。固体物理学。ホルト、ライナーハート、ウィンストン。ISBN 0-03-083993-9。