Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 40. 4 november 1950 - Ferromagnetismens natur, av Bengt Oom
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
1002
TEKNISK TIDSKRIFT
Bindningens
styrka Ferromagnetiska ämnen
Fig. 1. Art och styrka av atomernas bindning som funktion
av F.
varandra. Skulle nämligen så ske, kommer dessa
skals elektroner att delta i bindningen och på
normalt sätt bilda elektronpar med motsatta
spin, vilket alltså medför att atomernas
magnetiska moment neutraliserar varandra.
Avståndet mellan atomerna och diametrarna
hos deras ofullständigt fyllda elektronskal måste
alltså stå i ett visst förhållande till varandra, för
att bindning med likriktade spin skall inträda.
Det visar sig, att en dylik bindning inträder om
värdet på detta förhållande F mellan det
kortaste avståndet mellan atomernas medelpunkter
i gittret och diametern hos det ofullständigt
fyllda elektronskalet är större än ca 1,5. Hos ett och
samma ämne är diametern hos det ofullständigt
fyllda elektronskalet konstant, vilken
gitter-struktur ämnet än har. Däremot är denna
diameter olika hos olika ämnen och för ett och
samma skal, t.ex. 3 d-skalet, är den mindre ju
högre ämnets kärnladdning är. Det är sålunda
avståndet mellan atomerna som måste
överskrida ett visst kritiskt värde, vilket inom varje
serie ämnen med ofullständigt fyllda d- eller
f-skal minskar med tilltagande kärnladdning.
Om F understiger 1,5 kommer bindning med
motsatta spin att inträda, och bindningens styrka
tilltar med minskat värde på E. Dylika ämnen
är alltid paramagnetiska. När värdet på F
överstiger 1,5 inträder, som ovan nämnts, i stället en
bindning med spinnen likriktade. Denna
bindnings styrka, dvs. den styrka med vilken spinnen
hålles parallella, ökar först med ökat värde på F,
passerar ett maximum för F ca 1,8 och faller
sedan asymptotiskt mot noll. Förhållandet är
åskådliggjort i fig. 1, i vilken även värdena på
F för några viktigare ämnen är inprickade.
Dessa värden är:
Mn 1,47 Fe 1,63 Co 1,82 Ni 1,98
Av alla ämnen med ofullständigt fyllda d- eller
/-skal är sålunda teoretiskt de med F över 1,5
ferromagnetiska. Det är emellertid att märka,
att bindningens styrka faller mycket hastigt då
F överstiger ca 1,9, och för F över ca 2,2 är den
obetydlig. Bindningen, vilken håller spinnen
likriktade, motverkas av värmerörelserna, som
strävar att ge atomerna fullständigt
oregelbundna lägen, dvs. ge de magnetiska momenten
fullständigt oregelbundna riktningar. Den
temperatur, vid vilken värmerörelserna övervinner den
likriktande bindningen, kallas Curiepunkten.
Över Curiepunkten är alltså de ferromagnetiska
ämnena paramagnetiska.
Ju mindre den likriktade bindningens styrka
är, desto lättare förmår värmerörelserna
övervinna bindningen, dvs. desto lägre ligger ämnets
Curiepunkt. Ämnen med mycket högt värde på
F har så svag bindning, att Curiepunkten ligger
under vanlig temperatur. Dessa ämnen är
sålunda vid vanlig temperatur paramagnetiska och
icke ferromagnetiska, som man teoretiskt skulle
vänta sig.
De ämnen, som har ett sådant värde på F, att
bindningen är mycket stark, har däremot en hög
Curiepunkt. Curiepunkten för ämnena i fig. 1
är sålunda (jfr dessa värden med ämnenas lägen
på kurvan!):
Fe 768°C Co 1 120°C Ni 358°C Gd 16°C Tb 68°C
Av värdena på F framgår, varför icke Cr och
Mn, vilka innehåller ett ofullständigt fyllt d-skal,
är ferromagnetiska. F är för litet, dvs. atomerna
ligger för tätt i gittret. Mangannitrid däremot är
ferromagnetisk, vilket beror på att
kväveatomerna ökar avståndet mellan manganatomerna
så att F blir större än 1,5. Förmodligen har
Ag-och Cu-atomerna i Heuslers legeringar och
Pt-atomerna i de ferromagnetiska
Cr—Pt-legering-arna samma inverkan.
Sålunda finns det möjlighet att framställa
ferromagnetiska legeringar av ämnen som
innehåller ofullständigt fyllda d-skal men som i sig
själva icke är ferromagnetiska på grund av att
F understiger 1,5. Däremot kan man tyvärr icke
göra något åt de sällsynta jordartsmetallerna,
vilka har så höga värden på F, att Curiepunkten
har överskridits redan vid vanlig temperatur. De
kristalliserar nämligen i kubisk eller hexagonal
tätaste kulpackning, och därför har man ingen
möjlighet att minska atomavstånden och
därmed F. Detta är skada, ty med sina stora antal
okompenserade spin skulle dessa ämnen med
ett lämpligt värde på F ge magnetiska material
med mättningsvärden vida överträffande de
bästa järnkoboltlegeringar.
Som en avslutning på detta avsnitt kan det vara
lämpligt att påvisa ett fenomen, som icke kan
förklaras av ovan angivna teori. I det föregående
har vid ett flertal tillfällen järnet och dess
egenskaper omnämnts, varvid hela tiden avsetts
ct-järn. Detta järn kristalliserar i kubiskt
inner-centrerat gitter med atomavståndet 2,48 Å. Den
andra modifikationen av järn, y-järn, kristalli-
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
