Природа ферромагнетизма
Обменное воздействие характеризуется так называемым интегралом обмена, который очень сильно зависит от расстояния между атомами в кристаллической решетке. При значительных расстояниях между атомами это взаимодействие равно нулю. С уменьшением расстояния взаимодействие растет, интеграл обмена положителен. При положительном значении интеграла обмена взаимодействие приводит к параллельной ориентации спинов, что в свою очередь ведет к самопроизвольной или спонтанной намагниченности вещества – основного свойства ферромагнетизма. При дальнейшем уменьшении расстояния интеграл обмена, пройдя максимальное значение, начинает убывать и становиться отрицательным. При отрицательном значении интеграла обмена спины электронов самопроизвольно устанавливаются антипараллельно друг другу, что приводит к особому явлению, называемому антиферромагнетизмом. Как показали исследования, интеграл обмена положителен, т.е. вещество обладает ферромагнитными свойствами, если отношение диаметра атома к диаметру незаполненной оболочки больше 1,5.
Зависимость интеграла обмена от отношения диаметра атома к диаметру незаполненной оболочки представлена на рисунке 11 и таблице 2.
Таблица 2 - Зависимость магнитных свойств от отношения диаметра атома к диаметру незаполненной его оболочки
Элемент |
Диаметр атома a, А |
Диаметр незаполненного слоя d, А |
Отношение а/d |
Примечание |
Марганец |
2,52 |
1,71 |
1,47 |
Не ферромагнитен |
Железо |
2,50 |
1,53 |
1,63 |
Ферромагнитен |
Кобальт |
2,51 |
1,38 |
1,82 |
Ферромагнитен |
Никель |
2,50 |
1,27 |
1,97 |
Ферромагнитен |
Платина |
2,77 |
2,25 |
1,23 |
Не ферромагнитна |
Гадолиний |
3,35 |
1,08 |
3,10 |
Ферромагнитен |