फेरोमैग्नेटिज्म

Not to be confused with Ferrimagnetism.

अपने चुंबक कीपर के साथ लौह-चुंबकीय लौह मिश्रधातु, अलनिको से बना एक चुंबक

3:00

पैरामैग्नेटिज्म, फेरोमैग्नेटिज्म और स्पिन तरंगें

फेरोमैग्नेटिज्म कुछ सामग्रियों (जैसे लोहा) की एक संपत्ति है जिसके परिणामस्वरूप एक महत्वपूर्ण, अवलोकन योग्य चुंबकीय पारगम्यता होती है, और कई मामलों में, एक महत्वपूर्ण चुंबकीय जबरदस्ती | चुंबकीय जबरदस्ती होती है, जिससे सामग्री को स्थायी चुंबक बनाने की अनुमति मिलती है। फेरोमैग्नेटिक सामग्री परिचित धातुएं हैं जो एक चुंबक की ओर विशेष रूप से आकर्षित होती हैं, जो उनकी पर्याप्त चुंबकीय पारगम्यता का परिणाम है। चुंबकीय पारगम्यता एक 'बाहरी' चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति के कारण सामग्री के प्रेरित चुंबकीयकरण का वर्णन करती है। यह अस्थायी रूप से प्रेरित चुंबकीयकरण, उदाहरण के लिए, एक स्टील प्लेट के अंदर, स्थायी चुंबक के लिए इसके आकर्षण का कारण है। स्टील प्लेट एक स्थायी चुंबकीयकरण प्राप्त करती है या नहीं, यह न केवल लागू क्षेत्र की ताकत पर निर्भर करता है बल्कि फेरोमैग्नेटिक सामग्री की तथाकथित ज़बरदस्ती पर निर्भर करता है, जो बहुत भिन्न हो सकता है।

भौतिकी में, कई अलग-अलग प्रकार के भौतिक चुंबकत्व को प्रतिष्ठित किया गया है। फेरोमैग्नेटिज्म (समान प्रभाव फेरिमैग्नेटिज्म के साथ) सबसे मजबूत प्रकार है और चुंबक # सामान्य उपयोगों में चुंबकत्व की सामान्य घटना के लिए जिम्मेदार है। पदार्थ तीन अन्य प्रकार के चुंबकत्व- पैरामैग्नेटिज्म, डायमैग्नेटिज्म, और एंटीफेरोमैग्नेटिज्म के साथ चुंबकीय क्षेत्र में कमजोर प्रतिक्रिया करते हैं- लेकिन बल आमतौर पर इतने कमजोर होते हैं कि प्रयोगशाला में संवेदनशील उपकरणों द्वारा ही उनका पता लगाया जा सकता है। फेरोमैग्नेटिक सामग्री से बने स्थायी चुंबक का एक दैनिक उदाहरण एक रेफ्रिजरेटर चुंबक है, जैसे कि रेफ्रिजरेटर के दरवाजे पर कागज रखने के लिए उपयोग किया जाता है। चुम्बक और लोहे जैसे लौहचुंबकीय पदार्थ के बीच के आकर्षण को चुम्बकत्व की गुणवत्ता के रूप में वर्णित किया गया है जो प्राचीन दुनिया और आज हमें सबसे पहले दिखाई देता है। स्थायी चुम्बक (ऐसी सामग्री जो बाहरी चुंबकीय क्षेत्र द्वारा चुम्बकित की जा सकती है और बाहरी क्षेत्र को हटा दिए जाने के बाद चुम्बकित रहती है) या तो फेरोमैग्नेटिक या फेरिमैग्नेटिक होती है, जैसे कि वे सामग्री होती हैं जो उनकी ओर आकर्षित होती हैं। अपेक्षाकृत कुछ सामग्रियां फेरोमैग्नेटिक होती हैं और आमतौर पर लोहे, कोबाल्ट, निकल, और कुछ दुर्लभ-पृथ्वी चुंबक | दुर्लभ-पृथ्वी धातुओं के शुद्ध रूप, मिश्र धातु या यौगिक होते हैं। इसकी रासायनिक संरचना से परे, एक सामग्री के फेरोमैग्नेटिक गुण (या इसकी कमी) इसकी क्रिस्टल संरचना से प्रभावित होते हैं। फेरोमैग्नेटिज्म औद्योगिक अनुप्रयोगों और आधुनिक तकनीकों में महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह कई इलेक्ट्रिकल और इलेक्ट्रोमैकेनिकल उपकरणों, जैसे इलेक्ट्रोमैग्नेट्स का आधार है; विद्युत मोटर्स; बिजली पैदा करने वाला; ट्रांसफार्मर; टेप रिकार्डर और हार्ड डिस्क सहित चुंबकीय भंडारण; और लौह सामग्री का गैर-विनाशकारी परीक्षण।

फेरोमैग्नेटिक सामग्री को चुंबकीय रूप से नरम सामग्री जैसे एनीलिंग (धातुकर्म) लोहे में विभाजित किया जा सकता है, जिसे चुंबकित किया जा सकता है लेकिन चुंबकित रहने की प्रवृत्ति नहीं होती है, और चुंबकीय रूप से कठोर सामग्री, जो ऐसा करती है। स्थायी चुम्बक कठोर फेरोमैग्नेटिक सामग्रियों से बने होते हैं, जैसे कि अलनिको, और फेरिमैग्नेटिक सामग्री, जैसे कि फेराइट (चुंबक), जो कि उनके आंतरिक क्रिस्टलीय संरचना को संरेखित करने के लिए निर्माण के दौरान एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में विशेष प्रसंस्करण के अधीन होते हैं, जिससे उन्हें विचुंबकित करना मुश्किल हो जाता है। एक संतृप्त चुंबक को विचुंबकित करने के लिए, एक निश्चित चुंबकीय क्षेत्र को लागू किया जाना चाहिए, और यह सीमा संबंधित सामग्री की ज़बरदस्ती पर निर्भर करती है। कठोर पदार्थों में उच्च ज़बरदस्ती होती है, जबकि नरम पदार्थों में कम ज़बरदस्ती होती है। एक चुंबक की समग्र शक्ति को उसके चुंबकीय क्षण या, वैकल्पिक रूप से, उसके द्वारा उत्पन्न कुल चुंबकीय प्रवाह द्वारा मापा जाता है। किसी सामग्री में चुंबकत्व की स्थानीय शक्ति को उसके चुंबकीयकरण द्वारा मापा जाता है।

फेरिमैग्नेटिज्म से इतिहास और भेद

Ferromagnetic material: all the molecular magnetic dipoles are pointed in the same direction

Ferrimagnetic material: some of the dipoles point in the opposite direction, but their smaller contribution is overcome by the others

ऐतिहासिक रूप से, फेरोमैग्नेटिज़्म शब्द का उपयोग किसी भी सामग्री के लिए किया गया था जो सहज चुंबकीयकरण प्रदर्शित कर सकता था: बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में एक शुद्ध चुंबकीय क्षण; वह कोई भी सामग्री है जो चुंबक बन सकती है। यह सामान्य परिभाषा अभी भी आम उपयोग में है। हालाँकि, 1948 में एक लैंडमार्क पेपर में, लुई नील ने दिखाया कि चुंबकीय संरेखण के दो स्तर हैं जो इस व्यवहार का परिणाम हैं। एक सख्त अर्थ में फेरोमैग्नेटिज्म है, जहां सभी चुंबकीय क्षण संरेखित होते हैं। दूसरा फेरिमैग्नेटिज्म है, जहां कुछ चुंबकीय क्षण विपरीत दिशा में इंगित करते हैं लेकिन उनका योगदान छोटा होता है, इसलिए अभी भी एक सहज चुंबकीयकरण होता है। विशेष मामले में जहां विरोधी क्षण पूरी तरह से संतुलित हो जाते हैं, संरेखण को एंटीफेरोमैग्नेटिज्म के रूप में जाना जाता है। इसलिए एंटीफेरोमैग्नेट्स में सहज चुंबकीयकरण नहीं होता है।

फेरोमैग्नेटिक सामग्री

See also: Category:Ferromagnetic materials

Curie temperatures for some crystalline ferromagnetic materials

Material	Curie temp. (K)
Co	1388
Fe	1043
Fe2O3	948
NiOFe2O3	858
CuOFe2O3	728
MgOFe2O3	713
MnBi	630
Ni	627
Nd2Fe14 B	593
MnSb	587
MnOFe2O3	573
Y3Fe5O12	560
CrO2	386
MnAs	318
Gd	292
Tb	219
Dy	88
EuO	69

फेरोमैग्नेटिज्म एक असामान्य संपत्ति है जो केवल कुछ पदार्थों में होती है। आम हैं संक्रमण धातुएँ लोहा, निकल, कोबाल्ट और उनकी मिश्रधातुएँ, और दुर्लभ-पृथ्वी धातुओं की मिश्रधातुएँ। यह न केवल एक सामग्री के रासायनिक श्रृंगार का गुण है, बल्कि इसकी क्रिस्टलीय संरचना और सूक्ष्म संरचना का भी है। उनके फेरोमैग्नेटिज़्म का परिणाम उनके ब्लॉक (आवर्त सारणी) में कई अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों के होने से होता है। लोहे और उसके रिश्तेदारों के मामले में डी-ब्लॉक, या दुर्लभ-पृथ्वी धातुओं के मामले में एफ-ब्लॉक, हुंड के अधिकतम नियम का परिणाम है। बहुलता। फेरोमैग्नेटिक धातु मिश्र धातुएं हैं जिनके घटक स्वयं फेरोमैग्नेटिक नहीं हैं, जिन्हें हेस्लर मिश्र कहा जाता है, जिसका नाम फ्रिट्ज हेस्लर के नाम पर रखा गया है। इसके विपरीत, गैर-चुंबकीय मिश्र धातुएं हैं, जैसे कि स्टेनलेस स्टील के प्रकार, जो लगभग विशेष रूप से फेरोमैग्नेटिक धातुओं से बने होते हैं।

एक तरल मिश्र धातु के बहुत तेजी से शमन (ठंडा) द्वारा अनाकार (गैर-क्रिस्टलीय) फेरोमैग्नेटिक धात्विक मिश्र धातु बनाई जा सकती है। इनका यह लाभ है कि इनके गुण लगभग समदैशिक (क्रिस्टल अक्ष के साथ संरेखित नहीं) होते हैं; इसके परिणामस्वरूप कम ज़बरदस्ती, कम हिस्टैरिसीस हानि, उच्च पारगम्यता और उच्च विद्युत प्रतिरोधकता होती है। ऐसी ही एक विशिष्ट सामग्री एक संक्रमण धातु-धातु मिश्र धातु है, जो लगभग 80% संक्रमण धातु (आमतौर पर Fe, Co, या Ni) और एक उपधातु घटक (बोरॉन, कार्बन, सिलिकॉन, फास्फोरस, या एल्यूमीनियम) से बना है जो गलनांक को कम करता है। असाधारण रूप से मजबूत फेरोमैग्नेटिक सामग्रियों का एक अपेक्षाकृत नया वर्ग रेयर-अर्थ मैग्नेट है। उनमें लैंथेनाइड तत्व होते हैं जो अच्छी तरह से स्थानीयकृत एफ-ऑर्बिटल्स में बड़े चुंबकीय क्षणों को ले जाने की क्षमता के लिए जाने जाते हैं।

तालिका फेरोमैग्नेटिक और फेरिमैग्नेटिक यौगिकों के चयन को सूचीबद्ध करती है, साथ ही उस तापमान के साथ जिसके ऊपर वे सहज चुंबकीयकरण प्रदर्शित करना बंद कर देते हैं (क्यूरी तापमान देखें)।

असामान्य सामग्री

अधिकांश लौहचुंबकीय पदार्थ धातु होते हैं, क्योंकि संचालन करने वाले इलेक्ट्रॉन अक्सर फेरोमैग्नेटिक इंटरैक्शन की मध्यस्थता के लिए जिम्मेदार होते हैं। इसलिए फेरोमैग्नेटिक इंसुलेटर विकसित करना एक चुनौती है, विशेष रूप से मल्टीफेरिक्स सामग्री, जो फेरोमैग्नेटिक और फेरोइलेक्ट्रिक दोनों हैं। कई एक्टिनाइड यौगिक कमरे के तापमान पर फेरोमैग्नेट होते हैं या ठंडा होने पर फेरोमैग्नेटिज्म प्रदर्शित करते हैं। प्लूटोनियम फॉस्फोरस कमरे के तापमान पर क्यूबिक क्रिस्टल सिस्टम वाला एक पैरामैग्नेट है, लेकिन जो अपने टी के नीचे ठंडा होने पर फेरोमैग्नेटिक ऑर्डर के साथ टेट्रागोनल क्रिस्टल सिस्टम स्टेट में एक संरचनात्मक संक्रमण से गुजरता है।_C= 125 K. अपनी फेरोमैग्नेटिक स्थिति में, PuP का आसान अक्ष ⟨100⟩ दिशा में है। नेप्च्यून में₂ आसान अक्ष ⟨111⟩ है। के ऊपर T_C ≈ 500 K, एनपीएफई₂ पैरामैग्नेटिक और क्यूबिक भी है। क्यूरी तापमान के नीचे ठंडा होने से समचतुर्भुजीय विकृति उत्पन्न होती है जिसमें समचतुर्भुज कोण 60° (घन चरण) से 60.53° में बदल जाता है। इस विकृति का एक वैकल्पिक विवरण अद्वितीय त्रिकोणीय अक्ष के साथ लंबाई c पर विचार करना है (विकृति शुरू होने के बाद) और a को समतल में c के लंबवत दूरी के रूप में माना जाता है। क्यूबिक चरण में यह कम हो जाता है c/a = 1.00. क्यूरी तापमान के नीचे

${\frac {c}{a}}-1=-(120\pm 5)\times 10^{-4},$

जो किसी भी एक्टिनाइड यौगिक में सबसे बड़ा तनाव है। नपनी₂ नीचे एक समान जाली विरूपण से गुजरता है T_C = 32 K, (43 ± 5) × 10 के तनाव के साथ^{-4</सुप>.एन पी सी ओ₂ 15 के नीचे एक फेरिमैग्नेट है।}

2009 में, MIT भौतिकविदों की एक टीम ने प्रदर्शित किया कि एक केल्विन से कम ठंडा करने वाली लिथियम गैस फेरोमैग्नेटिज़्म प्रदर्शित कर सकती है। टीम ने फेरमोनिक लिथियम-6 को इससे कम पर ठंडा किया 150 nK (एक केल्विन का 150 अरबवाँ हिस्सा) इन्फ़्रारेड लेज़र कूलिंग का उपयोग करते हुए। यह प्रदर्शन पहली बार है कि किसी गैस में फेरोमैग्नेटिज्म का प्रदर्शन किया गया है।

2018 में, मिनेसोटा विश्वविद्यालय के भौतिकविदों की एक टीम ने प्रदर्शित किया कि शरीर-केंद्रित टेट्रागोनल रूथेनियम कमरे के तापमान पर फेरोमैग्नेटिज़्म प्रदर्शित करता है।

विद्युत प्रेरित फेरोमैग्नेटिज्म

हाल के शोध ने सबूत दिखाया है कि विद्युत प्रवाह या वोल्टेज द्वारा कुछ सामग्रियों में फेरोमैग्नेटिज़्म को प्रेरित किया जा सकता है। प्रतिलौहचुम्बकीय LaMnO₃ और SrCoO को करंट द्वारा फेरोमैग्नेटिक में बदल दिया गया है। जुलाई 2020 में वैज्ञानिकों ने एक लागू वोल्टेज द्वारा प्रचुर मात्रा में डायमैग्नेटिक सामग्री आयरन पाइराइट (मूर्खों का सोना) में फेरोमैग्नेटिज्म को प्रेरित करने की सूचना दी। इन प्रयोगों में फेरोमैग्नेटिज्म एक पतली सतह परत तक सीमित था।

स्पष्टीकरण

1910 के दशक में खोजे गए बोह्र-वान लीउवेन प्रमेय ने दिखाया कि शास्त्रीय भौतिकी सिद्धांत फेरोमैग्नेटिज़्म सहित किसी भी प्रकार के भौतिक चुंबकत्व का हिसाब देने में असमर्थ हैं; स्पष्टीकरण बल्कि परमाणुओं के क्वांटम यांत्रिक विवरण पर निर्भर करता है। क्वांटम यांत्रिकी द्वारा वर्णित अनुसार, प्रत्येक परमाणु के इलेक्ट्रॉनों में इसके स्पिन (भौतिकी) राज्य के अनुसार एक चुंबकीय क्षण होता है। पाउली बहिष्करण सिद्धांत, क्वांटम यांत्रिकी का भी एक परिणाम है, परमाणु कक्षाओं में इलेक्ट्रॉनों के स्पिन राज्यों के अधिग्रहण को प्रतिबंधित करता है, आम तौर पर परमाणु के इलेक्ट्रॉनों से चुंबकीय क्षणों को बड़े पैमाने पर या पूरी तरह से रद्द कर देता है। एक परमाणु के पास शुद्ध चुंबकीय क्षण होगा जब रद्दीकरण अधूरा होगा।

परमाणु चुम्बकत्व की उत्पत्ति

एक इलेक्ट्रॉन के मौलिक गुणों में से एक (इसके अलावा यह आवेश वहन करता है) यह है कि इसमें एक इलेक्ट्रॉन चुंबकीय क्षण होता है, अर्थात यह एक छोटे चुंबक की तरह व्यवहार करता है, जो एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है। यह द्विध्रुवीय क्षण इलेक्ट्रॉन की अधिक मौलिक संपत्ति से आता है कि इसमें क्वांटम मैकेनिकल स्पिन (भौतिकी) है। इसकी क्वांटम प्रकृति के कारण, इलेक्ट्रॉन का चक्रण केवल दो अवस्थाओं में से एक में हो सकता है; चुंबकीय क्षेत्र के साथ या तो ऊपर या नीचे की ओर इशारा करते हुए (ऊपर और नीचे की किसी भी पसंद के लिए)। परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों का स्पिन फेरोमैग्नेटिज्म का मुख्य स्रोत है, हालांकि परमाणु नाभिक के बारे में इलेक्ट्रॉन के परमाणु कक्षीय कोणीय गति से भी योगदान होता है। जब पदार्थ के एक टुकड़े में ये चुंबकीय द्विध्रुव संरेखित होते हैं, (एक ही दिशा में इंगित करते हैं) उनके अलग-अलग छोटे चुंबकीय क्षेत्र एक साथ जुड़कर एक बहुत बड़ा मैक्रोस्कोपिक क्षेत्र बनाते हैं।

हालांकि, भरे हुए इलेक्ट्रॉन के गोले वाले परमाणुओं से बनी सामग्री में शून्य का कुल द्विध्रुव क्षण होता है: क्योंकि सभी इलेक्ट्रॉन विपरीत स्पिन के जोड़े में मौजूद होते हैं, प्रत्येक इलेक्ट्रॉन का चुंबकीय क्षण जोड़ी में दूसरे इलेक्ट्रॉन के विपरीत क्षण से रद्द हो जाता है। केवल आंशिक रूप से भरे गोले वाले परमाणुओं (अर्थात, अयुग्मित इलेक्ट्रॉन) में एक शुद्ध चुंबकीय क्षण हो सकता है, इसलिए फेरोमैग्नेटिज्म केवल आंशिक रूप से भरे गोले वाले पदार्थों में होता है। हुंड के नियमों के कारण, एक खोल में पहले कुछ इलेक्ट्रॉनों में समान चक्रण होता है, जिससे कुल द्विध्रुव आघूर्ण बढ़ जाता है।

ये अयुग्मित इलेक्ट्रॉन (अक्सर केवल स्पिन कहा जाता है, भले ही वे आम तौर पर कक्षीय कोणीय गति भी शामिल करते हैं) बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के समानांतर में संरेखित होते हैं – पैरामैग्नेटिज्म नामक मैक्रोस्कोपिक प्रभाव के लिए अग्रणी। फेरोमैग्नेटिज़्म में, हालांकि, पड़ोसी परमाणुओं के चुंबकीय द्विध्रुवों के बीच चुंबकीय संपर्क इतना मजबूत होता है कि वे किसी भी लागू क्षेत्र की परवाह किए बिना एक दूसरे के साथ संरेखित होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप तथाकथित #चुंबकीय डोमेन का सहज चुंबकीयकरण होता है। इसके परिणामस्वरूप फेरोमैग्नेटिक्स की बड़ी देखी गई चुंबकीय पारगम्यता और स्थायी चुंबक बनाने के लिए कठोर चुंबकीय सामग्री की क्षमता होती है।

एक्सचेंज इंटरैक्शन

Main article: Exchange interaction

जब पास के दो परमाणुओं में अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं, चाहे इलेक्ट्रॉन स्पिन समानांतर हों या एंटीपैरलल यह प्रभावित करता है कि क्या क्वांटम यांत्रिकी प्रभाव के परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉन उसी कक्षा को साझा कर सकते हैं जिसे एक्सचेंज इंटरेक्शन कहा जाता है। यह बदले में इलेक्ट्रॉन स्थान और कूलम्ब बल | कूलम्ब (इलेक्ट्रोस्टैटिक) इंटरैक्शन और इस प्रकार इन राज्यों के बीच ऊर्जा अंतर को प्रभावित करता है।

एक्सचेंज इंटरेक्शन पाउली अपवर्जन सिद्धांत से संबंधित है, जो कहता है कि एक ही स्पिन वाले दो इलेक्ट्रॉन भी एक ही स्थानिक स्थिति (कक्षीय) में नहीं हो सकते हैं। यह स्पिन-सांख्यिकी प्रमेय का परिणाम है और यह कि इलेक्ट्रॉन फ़र्मियन हैं। इसलिए, कुछ शर्तों के तहत, जब आसन्न परमाणुओं से अयुग्मित बाहरी वैलेंस इलेक्ट्रॉनों के परमाणु कक्षीय ओवरलैप होते हैं, तो अंतरिक्ष में उनके विद्युत प्रभार के वितरण अलग-अलग होते हैं जब इलेक्ट्रॉनों के समानांतर स्पिन होते हैं, जब उनके विपरीत स्पिन होते हैं। यह इलेक्ट्रॉनों की इलेक्ट्रोस्टैटिक ऊर्जा को कम कर देता है जब उनके स्पिन समानांतर होते हैं जब उनकी ऊर्जा की तुलना में स्पिन समानांतर होते हैं, इसलिए समानांतर-स्पिन स्थिति अधिक स्थिर होती है। ऊर्जा के इस अंतर को विनिमय ऊर्जा कहा जाता है। सरल शब्दों में, आसन्न परमाणुओं के बाहरी इलेक्ट्रॉन, जो एक दूसरे को पीछे हटाते हैं, अपने चक्रणों को समानांतर में संरेखित करके और दूर जा सकते हैं, इसलिए इन इलेक्ट्रॉनों के प्रचक्रण पंक्तिबद्ध होते हैं।

यह ऊर्जा अंतर द्विध्रुवीय अभिविन्यास के कारण चुंबकीय द्विध्रुवीय-द्विध्रुवीय अंतःक्रिया से जुड़े ऊर्जा अंतर से बड़े परिमाण के आदेश हो सकते हैं, जो द्विध्रुवों को प्रतिसमांतर संरेखित करता है। कुछ डोप्ड सेमीकंडक्टर ऑक्साइड में आरकेकेवाई इंटरेक्शन को समय-समय पर लंबी दूरी की चुंबकीय बातचीत लाने के लिए दिखाया गया है, जो स्पिंट्रोनिक्स के अध्ययन में महत्व की घटना है। जिन सामग्रियों में एक्सचेंज इंटरेक्शन प्रतिस्पर्धी द्विध्रुवीय-द्विध्रुवीय इंटरैक्शन की तुलना में बहुत मजबूत है, उन्हें अक्सर चुंबकीय सामग्री कहा जाता है। उदाहरण के लिए, आयरन (Fe) में विनिमय बल द्विध्रुव अन्योन्यक्रिया की तुलना में लगभग 1000 गुना अधिक प्रबल होता है। इसलिए, क्यूरी तापमान के नीचे एक फेरोमैग्नेटिक सामग्री में वस्तुतः सभी द्विध्रुव संरेखित होंगे। फेरोमैग्नेटिज्म के अलावा, चुंबकीय ठोस, एंटीफेरोमैग्नेटिज्म और फेरिमैग्नेटिज्म में होने वाले परमाणु चुंबकीय क्षणों के अन्य प्रकार के सहज क्रम के लिए एक्सचेंज इंटरैक्शन भी जिम्मेदार है। अलग-अलग एक्सचेंज इंटरेक्शन मैकेनिज्म हैं जो अलग-अलग फेरोमैग्नेटिक, फेरिमैग्नेटिक और एंटीफेरोमैग्नेटिक पदार्थों में चुंबकत्व पैदा करते हैं। इन तंत्रों में एक्सचेंज इंटरैक्शन#ठोस में डायरेक्ट एक्सचेंज इंटरैक्शन, आरकेकेवाई इंटरैक्शन, डबल एक्सचेंज और सुपरएक्सचेंज शामिल हैं।

चुंबकीय अनिसोट्रॉपी

Main article: Magnetic anisotropy

हालांकि एक्सचेंज इंटरेक्शन स्पिन को संरेखित रखता है, यह उन्हें किसी विशेष दिशा में संरेखित नहीं करता है। चुंबकीय अनिसोट्रॉपी के बिना, एक चुंबक में स्पिन थर्मल उतार-चढ़ाव की प्रतिक्रिया में बेतरतीब ढंग से दिशा बदलते हैं और चुंबक सुपरपरामैग्नेटिक होता है। कई प्रकार के चुंबकीय अनिसोट्रॉपी हैं, जिनमें से सबसे आम मैग्नेटोक्रिस्टलाइन अनिसोट्रॉपी है। यह क्रिस्टलोग्राफिक जाली के सापेक्ष चुंबकीयकरण की दिशा पर ऊर्जा की निर्भरता है। अनिसोट्रॉपी का एक अन्य सामान्य स्रोत, उलटा मैग्नेटोस्ट्रिक्शन, आंतरिक विरूपण (यांत्रिकी) से प्रेरित है। एकल-डोमेन (चुंबकीय) | एकल-डोमेन मैग्नेट में कण आकार के मैग्नेटोस्टैटिक प्रभावों के कारण आकार अनिसोट्रॉपी भी हो सकता है। जैसे-जैसे चुंबक का तापमान बढ़ता है, अनिसोट्रॉपी कम होती जाती है, और अक्सर एक सुपरपैरामैग्नेटिज्म#ब्लॉकिंग तापमान होता है, जिस पर सुपरपरामैग्नेटिज्म में संक्रमण होता है।

चुंबकीय डोमेन

अनाज-उन्मुख विद्युत सिलिकॉन स्टील की विद्युत चुम्बकीय गतिशील चुंबकीय डोमेन गति

धातु की सतह का केर माइक्रोग्राफ चुंबकीय डोमेन दिखा रहा है, जिसमें लाल और हरे रंग की धारियां विपरीत चुंबकीयकरण दिशाओं को दर्शाती हैं

Main article: Magnetic domain

ऊपर से ऐसा प्रतीत होता है कि फेरोमैग्नेटिक सामग्री के प्रत्येक टुकड़े में एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र होना चाहिए, क्योंकि सभी स्पिन संरेखित हैं, फिर भी लोहे और अन्य फेरोमैग्नेट अक्सर एक अचुंबकीय अवस्था में पाए जाते हैं। इसका कारण यह है कि लोहचुम्बकीय पदार्थ का एक बड़ा टुकड़ा छोटे-छोटे क्षेत्रों में बँटा होता है जिन्हें चुम्बकीय क्षेत्र कहा जाता है (वेइस डोमेन के रूप में भी जाना जाता है)। प्रत्येक डोमेन के भीतर, स्पिन को संरेखित किया जाता है, लेकिन (यदि बल्क सामग्री अपने सबसे कम ऊर्जा विन्यास में है; यानी अनमैग्नेटाइज़्ड), अलग-अलग डोमेन के स्पिन अलग-अलग दिशाओं में इंगित करते हैं और उनके चुंबकीय क्षेत्र रद्द हो जाते हैं, इसलिए ऑब्जेक्ट का कोई बड़ा पैमाना नहीं है चुंबकीय क्षेत्र।

फेरोमैग्नेटिक सामग्री अनायास चुंबकीय डोमेन में विभाजित हो जाती है क्योंकि एक्सचेंज इंटरेक्शन एक शॉर्ट-रेंज बल है, इसलिए कई परमाणुओं की लंबी दूरी पर चुंबकीय द्विध्रुवों की विपरीत दिशाओं में उन्मुख होकर उनकी ऊर्जा को कम करने की प्रवृत्ति जीत जाती है। यदि फेरोमैग्नेटिक सामग्री के एक टुकड़े में सभी द्विध्रुव समानांतर संरेखित होते हैं, तो यह एक बड़ा चुंबकीय क्षेत्र बनाता है जो इसके चारों ओर अंतरिक्ष में फैलता है। इसमें बहुत अधिक मैग्नेटोस्टैटिक्स ऊर्जा होती है। सामग्री इस ऊर्जा को अलग-अलग दिशाओं में इंगित करने वाले कई डोमेन में विभाजित करके कम कर सकती है, इसलिए चुंबकीय क्षेत्र सामग्री में छोटे स्थानीय क्षेत्रों तक ही सीमित है, जिससे क्षेत्र की मात्रा कम हो जाती है। डोमेन पतली डोमेन दीवार (चुंबकत्व) द्वारा अलग किए जाते हैं, कई अणु मोटे होते हैं, जिसमें द्विध्रुव के चुंबकीयकरण की दिशा एक डोमेन की दिशा से दूसरी दिशा में आसानी से घूमती है।

चुंबकीय सामग्री

केर माइक्रोस्कोप में देखे गए नीचे की दिशा में बढ़ते बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के कारण सिलिकॉन स्टील के एक दाने में डोमेन की दीवारों को हिलाना। सफेद क्षेत्र चुंबकीयकरण निर्देशित डोमेन हैं, अंधेरे क्षेत्र नीचे निर्देशित चुंबकीयकरण वाले डोमेन हैं।

इस प्रकार, अपनी निम्नतम ऊर्जा अवस्था (अचुम्बकित) में लोहे का एक टुकड़ा आम तौर पर बहुत कम या कोई शुद्ध चुंबकीय क्षेत्र नहीं होता है। हालाँकि, किसी सामग्री में चुंबकीय डोमेन जगह में तय नहीं होते हैं; वे केवल ऐसे क्षेत्र हैं जहां इलेक्ट्रॉनों के स्पिन उनके चुंबकीय क्षेत्र के कारण अनायास संरेखित हो जाते हैं, और इस प्रकार बाहरी चुंबकीय क्षेत्र द्वारा बदला जा सकता है। यदि सामग्री पर एक मजबूत पर्याप्त बाहरी चुंबकीय क्षेत्र लागू किया जाता है, तो डोमेन की दीवारें एक डोमेन में दीवार के पास परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों के घूमने की प्रक्रिया से बाहरी क्षेत्र के प्रभाव में उसी दिशा में सामना करने के लिए मुड़ेंगी। दूसरे डोमेन में इलेक्ट्रॉन, इस प्रकार डोमेन को फिर से उन्मुख करते हैं ताकि अधिक द्विध्रुव बाहरी क्षेत्र के साथ संरेखित हो जाएं। जब बाहरी क्षेत्र को हटा दिया जाता है, तो डोमेन संरेखित रहेंगे, सामग्री के चारों ओर अंतरिक्ष में अपने स्वयं के चुंबकीय क्षेत्र का विस्तार करते हुए, इस प्रकार एक स्थायी चुंबक का निर्माण होगा। जब क्षेत्र को हटा दिया जाता है तो डोमेन अपने मूल न्यूनतम ऊर्जा विन्यास पर वापस नहीं जाते हैं क्योंकि डोमेन की दीवारें क्रिस्टल जाली में दोषों पर 'पिन' या 'स्नैग्ड' हो जाती हैं, उनके समानांतर अभिविन्यास को संरक्षित करती हैं। यह बार्कहौसेन प्रभाव द्वारा दिखाया गया है: जैसे ही चुंबकीयकरण क्षेत्र को बदल दिया जाता है, चुंबकीयकरण हजारों छोटे असंतुलित छलांगों में बदल जाता है क्योंकि डोमेन दीवारें अचानक पिछले दोषों को तोड़ती हैं।

बाहरी क्षेत्र के एक समारोह के रूप में यह चुंबकीयकरण हिस्टैरिसीस लूप द्वारा वर्णित है। यद्यपि चुंबकित फेरोमैग्नेटिक सामग्री के एक टुकड़े में पाए जाने वाले संरेखित डोमेन की यह स्थिति न्यूनतम-ऊर्जा विन्यास नहीं है, यह मेटास्टेबल है, और लंबी अवधि तक बनी रह सकती है, जैसा कि समुद्र तल से मैग्नेटाइट के नमूनों द्वारा दिखाया गया है, जिन्होंने लाखों लोगों के लिए अपना चुंबकीयकरण बनाए रखा है। वर्षों का।

एक चुंबकीय सामग्री को गर्म करना और फिर ठंडा करना (एनीलिंग (धातु विज्ञान)), इसे हथौड़े से कंपन के अधीन करना, या डीगॉसिंग से तेजी से दोलन करने वाले चुंबकीय क्षेत्र को लागू करने से डोमेन की दीवारों को उनके पिन किए गए राज्य से मुक्त कर दिया जाता है, और डोमेन की सीमाएं चलती हैं कम बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के साथ कम ऊर्जा विन्यास पर वापस जाएं, इस प्रकार सामग्री का विचुम्बकीकरण हो जाता है।

वाणिज्यिक चुम्बक कठोर फेरोमैग्नेटिक या फेरिमैग्नेटिक सामग्रियों से बने होते हैं जिनमें बहुत बड़े चुंबकीय अनिसोट्रॉपी जैसे कि एल्निको और फेराइट (चुंबक) होते हैं, जिनमें क्रिस्टल के एक अक्ष, आसान अक्ष के साथ चुंबकीयकरण की ओर इशारा करने की बहुत मजबूत प्रवृत्ति होती है। निर्माण के दौरान सामग्रियों को एक शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र में विभिन्न धातुकर्म प्रक्रियाओं के अधीन किया जाता है, जो क्रिस्टल के दानों को संरेखित करता है ताकि चुंबकीयकरण के उनके आसान अक्ष सभी एक ही दिशा में इंगित हों। इस प्रकार चुंबकीयकरण, और परिणामी चुंबकीय क्षेत्र, सामग्री के क्रिस्टल संरचना में निर्मित होता है, जिससे इसे विचुंबकित करना बहुत मुश्किल हो जाता है।

क्यूरी तापमान

Main article: Curie temperature

जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, तापीय गति, या एन्ट्रापी, द्विध्रुवों को संरेखित करने के लिए फेरोमैग्नेटिक प्रवृत्ति के साथ प्रतिस्पर्धा करती है। जब तापमान एक निश्चित बिंदु से आगे बढ़ जाता है, जिसे क्यूरी तापमान कहा जाता है, तो एक दूसरे क्रम का चरण संक्रमण होता है और सिस्टम अब एक सहज चुंबकीयकरण को बनाए नहीं रख सकता है, इसलिए इसकी चुम्बकित होने या चुंबक की ओर आकर्षित होने की क्षमता गायब हो जाती है, हालांकि यह अभी भी प्रतिक्रिया करता है एक बाहरी क्षेत्र के लिए पैरामैग्नेटिक रूप से। उस तापमान के नीचे, एक सहज समरूपता टूटती है और चुंबकीय क्षण अपने पड़ोसियों के साथ संरेखित हो जाते हैं। क्यूरी तापमान अपने आप में एक महत्वपूर्ण बिंदु (थर्मोडायनामिक्स) है, जहां चुंबकीय संवेदनशीलता सैद्धांतिक रूप से अनंत है और, हालांकि कोई शुद्ध चुंबकीयकरण नहीं है, डोमेन-जैसे स्पिन सहसंबंध सभी लंबाई के पैमाने पर उतार-चढ़ाव करते हैं।

विशेष रूप से सरलीकृत आइसिंग मॉडल स्पिन मॉडल के माध्यम से फेरोमैग्नेटिक चरण संक्रमणों के अध्ययन का सांख्यिकीय भौतिकी के विकास पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ा। वहां, यह पहली बार स्पष्ट रूप से दिखाया गया था कि माध्य क्षेत्र सिद्धांत दृष्टिकोण महत्वपूर्ण बिंदु पर सही व्यवहार की भविष्यवाणी करने में विफल रहा (जो एक सार्वभौमिकता वर्ग के अंतर्गत पाया गया जिसमें कई अन्य प्रणालियां शामिल हैं, जैसे कि तरल-गैस संक्रमण), और होना था पुनर्सामान्यीकरण समूह सिद्धांत द्वारा प्रतिस्थापित।

यह भी देखें

• Ferromagnetic material properties
• Hysteresis
• Orbital magnetization
• Stoner criterion
• Thermo-magnetic motor
• Neodymium magnet

बाहरी कड़ियाँ

• Media related to फेरोमैग्नेटिज्म at Wikimedia Commons
• Electromagnetism – ch. 11, from an online textbook
• Sandeman, Karl (January 2008). "Ferromagnetic Materials". DoITPoMS. Dept. of Materials Sci. and Metallurgy, Univ. of Cambridge. Retrieved 2019-06-22. Detailed nonmathematical description of ferromagnetic materials with illustrations
• Magnetism: Models and Mechanisms in E. Pavarini, E. Koch, and U. Schollwöck: Emergent Phenomena in Correlated Matter, Jülich 2013, ISBN 978-3-89336-884-6