КЛАСИФІКАЦІЯ МАТЕРІАЛІВ ЗА МАГНІТНИМИ ВЛАСТИВОСТЯМИ

За величиною і функціональною залежністю магнітної проникності від температури і напруженості магнітного поля речовини діляться на діамагнетики, парамагнетики, феромагнетики, антиферомагнетики і феримагнетики.

Діамагнетиками називають речовини, у яких має місце повна взаємна компенсація орбітальних і спінових магнітних моментів електронів. Їх магнітна проникність не залежить від напруженості магнітного поля і складає величину трохи менше одиниці. Це означає, що діамагнетик послабляє магнітне поле або витискується з області з підвищеною напруженістю поля.

Фізична природа діамагнетизму полягає в появі в матеріалі мікроскопічних індукованих струмів. Відповідно до правила Ленца напрямок цих струмів такий, щоб створене ним магнітне поле протидіяло зовнішньому, що його викликає. Таким чином, магнітне поле, що виникає в такому матеріалі буде менше зовнішнього. Варто зауважити, що діамагнетизм властивий усім матеріалам, але, у порівнянні з іншими магнітними взаємодіями, виражений дуже слабко. До діамагнетиків відносяться інертні гази, неперехідні метали (Ве, 2п, РЬ, Си та ін.), напівпровідники (Зі, Ое), діелектрики, надпровідники.

Парамагнетиками називають речовини, у яких взаємодія між магнітними моментами атомів невелика, але існує. При розташуванні пйарамагнетика у зовнішньому полі магнітне поле в парамагнетиці зростає відносно зовнішнього. При цьому магнітна проникність середовища виявляється більшою одиниці.

У результаті теплового руху елементарні магнітні моменти атомів статистичне розподілені в просторі, тому сумарний магнітний момент об'єму у відсутності поля дорівнює нулю. Із сказаного випливає, що магнітні властивості парамагнетику. тобто його відносна магнітна проникність, із підвищенням температури повинна падати.

До парамагнетиків відносяться кисень, окис азоту, солі заліза, лужні метали, а також М§, Са, А1, Сг, Мп та ін.

Феромагнетики характеризуються великим значенням магнітної проникності, а також її нелінійною залежністю, у першу чергу, від напруженості магнітного поля і температури.

Феромагнетизм має чисто квантову природу і є результатом обмінної взаємодії електронів недобудованих оболонок сусідніх атомів. Квантово-механічною характеристикою такого роду взаємодії є розмір обмінної енергії. Розрахунки цього параметру для різноманітних феромагнетиків групи заліза подані на рис. 5.1. При позитивному значенні обмінної енергії спостерігається переважно рівнобіжна орієнтація спінів сусідніх електронів, для негативних величин енергії - антипаралельна. Зміна знаку обмінної енергії відбувається приблизно при а/сі « 1,5. У макроскопічному масштабі такий вид залежності енергії виявляється в появі у феромагнетиках мікрообластей -доменів, магнітні моменти атомів у яких орієнтовані паралельно визначеному кристалографічному напрямку. Навіть при відсутності зовнішнього магнітного поля кожний домен намагнічений до насичення, але магнітні моменти кожного домена орієнтовані по-різному. Коли усе ж спостерігається переважна орієнтація магнітних моментів доменів відносно якогось кристалографічного напрямку, то сумарний магнітний момент об'єму середовища виявляється ненульовим, і, отже, матеріал виявляє феромагнітні властивості. У випадку антипаралельної орієнтації магнітних моментів доменів і їх повної компенсації матеріал виявляє антиферомагнітні властивості. Якщо ж кристалічна структура магнетика така, що повна компенсація магнітних доменів неможлива, і магнітний момент макроскопічного об'єму матеріалу не дорівнює нулю, то матеріал виявляє магнітні властивості і є феримагнетиком або феритом.

У біомедичній техніці знаходять широке застосування магнітні матеріали усіх видів із розглянутої класифікації. Проте для створення і керування картиною магнітних полів перевага віддається феромагнетикам і феримагнетикам. Тому магнітні параметри матеріалу будуть розглянуті з погляду опису властивостей речовин саме цих класів. Такий підхід здається виправданим і з погляду спільності опису, тому що більш прості характеристики діа- і парамагнетиків легко одержати з характеристик, введених для феромагнетиків.