פרומגנטיות

ההתופעה המגנטית היא הפעלת כח בין שני גופים המשרים שדה מגנטי. לכל חומר ישנה תגובה אחרת לשדה מגנטי חיצוני כאשר סוג ומבנה החומר הם הגורמים העיקריים לתכונות המגנטיות של חומרים בטמפרטורה נתונה. פרומגנטיות היא תכונה של חומר שבו קיימת מגנטיזציה (שדה מגנטי פנימי) גם בהעדר שחה מגנטי חיצוני. בגלל תכונותיהם המיקרוסקופיות חומרים מגנטים כיום משמשים כאבני הבניין לזיכרון מחשב.

בניסוי זה נחקור התנהגות פרומגנטית, ונקבל את תלות המגנטיזציה בשדה מגנטי חיצוני - תופעת ההיסטרזיס (hysteresis).

רקע תיאורטי

המגנטיות בחומר נובעת מהמומנט המגנטי של האלקטרונים שבו. אחד מהגילויים של הפיזיקה המודרנית היא ההבנה שבנוסף למסה ומטען, לאלקטרון ישנו ספין שנובע מהתנע הזוויתי שלו. לספין ערכים בדידים, וביחס לשדה מגנטי, הוא יכול מכוון למעלה-up או למטה-down. המגנטיזציה מוגדרת להיות סך השדה המגנטי מכל האלקטרונים בחומר. באטומים עם קליפות מלאות באלקטרונים, המגנטיזציה תתאפס כיוון שסך הספינים של האלקטרונים מבטלים אחד את השני. באטומים בהם הקליפות החיצוניות לא מלאות לגמרי, תהיה מגנטיזציה. הספינים מעדיפים אנרגטית להסתדר בכיוון שדה מגנטי חיצוני שיופעל עליהם, בחומרים פאראמגנטים קיימת מגנטיזציה בחומר בנוכחות שדה מגנטי, כאשר המגנטיזציה קטנה ומתאפסת עם השדה החיצוני. חומרים פרומגנטים יעדיפו סידור מגנטי גם בהעדר שדה מגנטי חיצוני. תופעה זו קשורה לסוג הפרומגנטיות בחומר. ישנם חומרים הנקראים Localised Ferromagnets, בהם המומנט המגנטי נובע מהאלקטרונים הממוקמים בכל אטום, לאלקטרונים אלו אין כולת לנוע בכל הגביש ולכל אטום ישנו מומנט מגנטי משלו. זהו ההסבר העומד בבסיסו של מודל Heisenberg , והוא מתאים לחומרים מסוימים דוגמת MnO ו Gd.

אופציה שנייה היא שהאלקטרונים שהספין שלהם אחראי למומנט המגנטי בחומר הם אלקטרוני ההולכה אשר יכולים לנוע בכל הגביש ומכאן שמם - Itinerant Ferromagnets. השיקול האנרגטי במערכות אלו מתואר על ידי קריטריון Stoner. בפשטות ניתן להסביר שמערכת מצד אחד תהיה העדפה לסידור האלקטרונים באותו כיוון ספין, כך http://en.wikipedia.org/wiki/Exchange_interaction אנרגיית ה-exchange] יורדת כיוון שבמקרה זה האלקטרונים יהיו רחוקים יותר זה מזה (יחסית למקרה בו הם עם ספינים בכיוונים הפוכים ופונקציית גל מרחבית סימטרית) ולכן הדחייה האלקטרוסטטית ביניהם קטנה יותר. מצד שני, לפי עקרון האיסור של פאולי, שני אלקטרונים בעלי אותו ספין לא יכולים להמצא באותה רמת אנרגייה, כך שיש צורך למלא רמות אנרגיה גבוהות יותר. במערכות אלו, תהיה העדפה למצב מגנטי מסודר כאשר העלות האנרגטית למלא ברמות האנרגיה מצבים עם ספינים מקבילים תהיה קטנה מהרווח באנרגית ה-exchange. דוגמא למתכות מסוג זה הן (Fe) והברזל (Co) הקובלט ,(Ni) הניקל.