Magnetização espontânea - Spontaneous magnetization

Magnetização espontânea é o aparecimento de uma forma ordenada rotação estado ( magnetização ) a zero aplicado um campo magnético na ferromagnético ou ferrimagnético material abaixo de um ponto crítico chamado a temperatura de Curie ou $T C$ .

Visão geral

Aquecidos a temperaturas acima de $T C$ , os materiais ferromagnéticos tornam-se paramagnéticos e seu comportamento magnético é dominado por ondas de spin ou magnons , que são excitações coletivas de bósons com energias na faixa meV. A magnetização que ocorre abaixo de $T$ $C$ é um famoso exemplo de quebra "espontânea" de uma simetria global , fenômeno descrito pelo teorema de Goldstone . O termo "simetria de ruptura" refere-se à escolha de uma direcção de magnetização por as rotações, que têm simetria esférica acima $t$ $C$ , mas um eixo preferida (a direcção de magnetização) abaixo $T$ $C$ .

Dependência da temperatura

Para uma aproximação de primeira ordem, a dependência da temperatura da magnetização espontânea em baixas temperaturas é dada pela lei de Bloch :

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

onde $M (0)$ é a magnetização espontânea em zero absoluto . A diminuição da magnetização espontânea em altas temperaturas é causada pelo aumento da excitação das ondas de spin . Na descrição de uma partícula , as ondas de spin correspondem aos magnons, que são os bósons de Goldstone sem massa correspondentes à simetria quebrada . Isso é exatamente verdadeiro para um ímã isotrópico.

A anisotropia magnética , que é a existência de uma direção fácil ao longo da qual os momentos se alinham espontaneamente no cristal, corresponde porém a magnons "massivos". Esta é uma maneira de dizer que eles custam uma quantidade mínima de energia para serem excitados, portanto, é muito improvável que sejam excitados como . Conseqüentemente, a magnetização de um ímã anisotrópico é mais difícil de destruir em baixa temperatura e a dependência da magnetização com a temperatura desvia-se da lei de Bloch. Todos os ímãs reais são anisotrópicos até certo ponto. ${\ displaystyle T \ rightarrow 0}$

Perto da temperatura de Curie,

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

onde $β$ é um expoente crítico que depende da classe de universalidade da interação magnética. Experimentalmente, o expoente é $0,34$ para Fe e $0,51$ para Ni .

Uma interpolação empírica dos dois regimes é dada por

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

é fácil verificar dois limites dessa interpolação que seguem leis semelhantes à lei de Bloch, para , e o comportamento crítico, para , respectivamente. ${\ displaystyle T \ rightarrow 0}$ ${\ displaystyle T \ rightarrow T_ {C}}$