Orientierung der spontanen Magnetisierung im kühlenden Ferromagneten

Ich versuche, die Richtung magnetischer Momente in einem ferromagnetischen Material zu verstehen, nachdem es unter seine Curie-Temperatur abgekühlt wurde.

Ein Permanentmagnet aus ferromagnetischem Material verliert seine Ordnung und wird oberhalb seiner Curie-Temperatur paramagnetisch.

Soweit ich verstehe, gehen hier alle Informationen über die Richtung seiner vorherigen Magnetisierung verloren - ist das richtig?

Ich verstehe, dass beim Abkühlen eine spontane Magnetisierung auftritt.

Unklar ist mir, was die Richtung der spontanen Magnetisierung beeinflusst:

  • Es könnte zufällig sein, abhängig von einer anfänglichen Gruppe paralleler magnetischer Momente, die dominant werden
  • es könnte durch das äußere Magnetfeld bestimmt werden - zum Beispiel der Erde, wenn es kein stärkeres gibt.
  • oder hängt es irgendwie mit der vorherigen Magnetisierung zusammen? Vielleicht aufgrund von Verunreinigungen mit Material höherer Curietemperatur?

Antworten (2)

Wenn ein Magnetfeld vorhanden ist, bestimmt es die Richtung der Magnetisierung, wie Sie erwartet haben und wie @user3683367 sagte. Dies wird dann nicht als spontane Symmetriebrechung bezeichnet, sondern das externe Magnetfeld bricht die Symmetrie explizit.

In Abwesenheit eines externen Magnetfelds ist die Ausrichtung tatsächlich zufällig. Ihre Intuition, dass einer der Cluster oder Domänen dominant werden wird, ist eigentlich ganz richtig. Dies kann sehr schön in Monte Carlo-Simulationen beobachtet werden. Wenn sich die Temperatur von oben der kritischen Temperatur nähert, werden die Domänengrößen immer größer, aber es gibt keine Fernordnung (LRO). Beim Überqueren T C , wird eine Domäne schließlich das gesamte (Simulations-)Volumen einnehmen und einen bestimmten LRO festlegen. Solange die Temperatur noch über dem Gefrierpunkt liegt, kommt es noch zu Schwankungen (Gegenbereiche innerhalb des Großen), die aber eher kurzreichweitig und kurzlebig sind.

Die Angaben zur Ausrichtung der magnetischen Momente vor der Temperaturerhöhung sind oben angegeben T C sollte zumindest theoretisch ganz verloren gehen. Dies würde erfordern, dass der Magnet homogen erhitzt wird, so dass LRO im gesamten Volumen zerstört wird.

Kontaminationen, auch bekannt als Verunreinigungen, werden die Geschichte im Allgemeinen aus theoretischer Sicht erschweren. Bedenken Sie, dass die Curietemperatur oder kritische Temperatur eines Materials nur als Vielteilcheneigenschaft aussagekräftig ist, dh etwas über die Wechselwirkungen der Elektronen im Eisen untereinander aussagt. Die kritische Temperatur für Eisen sagt Ihnen nicht wirklich, was passiert, wenn Sie ein anderes Material mit einer anderen kritischen Temperatur mit Eisen dotieren.

Ich würde erwarten, dass es so etwas wie "kein externes Feld" nicht gibt, selbst wenn das Erdfeld usw. so gut wie möglich blockiert wird. Gibt es einen praktischen Mindestwert, bei dem das Magnetfeld nicht mehr relevant ist? (z. B. weil seine Effekte schwächer werden als das thermische Rauschen?)
Im Prinzip führt jedes endliche Magnetfeld, egal wie klein, zu einem Symmetriebruch in dieser Richtung. Dies kann auch im Rahmen der Renormierungsgruppentheorie verstanden werden (auf die ich in einem Kommentar nicht näher eingehen kann). Dies setzt natürlich voraus, dass die thermodynamische Grenze gilt, dh das System ausreichend groß ist und Zeit hat, das Gleichgewicht zu erreichen. Wenn Sie von einer wirklich hohen Temperatur (dh höher als die Energieskala des Magnetfelds) ausgehen T = 0 Ich nehme an, Sie würden die Schwankungen sofort einfrieren.
Zusammengefasst also: Ich habe einen Magneten, erwärme ihn, kühle ihn ab. Der Magnet war stark magnetisiert und zeigte nach oben mit Norden. Jetzt zeigt seine Magnetisierung nach Norden, während sich der Magnet nicht mehr drehte oder drehte. Und die Magnetisierung ist schwächer als vorher, aber stärker als das Feld der Erde?
An der kritischen Stelle, dh nahe der kritischen Temperatur, beobachtet man jedoch tatsächlich ein Crossover- Verhalten, wie Sie es erwartet haben. Die relevante Menge ist H / | T | Δ Wo H ist das Magnetfeld & T ist die reduzierte Temperatur T = ( T − T C ) / T C (dh T = 0 ) ist der kritische Punkt. Δ wird Lückenexponent genannt und hängt vom Modell ab. Für H / | T | Δ ≪ 1 man beobachtet das für das System ohne externes Feld erwartete kritische Verhalten. Für H / | T | Δ ≫ 1 das kritische Verhalten wird aufgrund des Feldes verändert.
Bei einem idealen Magneten hängt die Größe der Magnetisierung nicht von der Feldstärke im ferromagnetischen Zustand ab. Dann ist die Stärke oder der Magnet nach dem Erhitzen und Abkühlen dieselbe wie zuvor. In Wirklichkeit gibt es auch das Phänomen der Hysterese, das tatsächlich zu dem von Ihnen beschriebenen Verhalten führen würde. Die Hysterese ist theoretisch schwer zu erfassen, da sie mit einer Unordnung im magnetischen Material zusammenhängt.
Danke, ich habe viel gelernt! Wenn es Ihnen nichts ausmacht, werde ich versuchen, meine "bodenständige" Perspektive aus den Kommentaren später in einer Selbstantwort festzuhalten? Sollte ziemlich orthogonal sein.
Sicher. Lassen Sie mich auch das Buch Lectures on Phase Transitions and the Renormalization Group von N. Goldenfeld empfehlen.

Soweit ich weiß, wird es durch ein externes Feld bestimmt. Das ferromagnetische System hat für seine Magnetisierung zwei Grundzustände mit jeweils gleicher Energie (entartete Grundzustände). Wenn Sie das System mit einem externen Magnetfeld verzerren, machen Sie einen dieser Zustände zum bevorzugten, sodass Ihr System in diese Richtung magnetisiert.

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