Fyzika magnetických látek - NFPL061

• Anglický název: Physics of Magnetic Materials
• Zajišťuje: Katedra fyziky kondenzovaných látek (32-KFKL)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2003 do 2015
• Semestr: zimní
• E-Kredity: 3
• Rozsah, examinace: zimní s.:2/0, Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Způsob výuky: prezenční
• Způsob výuky: prezenční
• Garant: Štefan Zajac
• Kategorizace předmětu: Fyzika > Fyzika pevných látek

Anotace

čeština

Poslední úprava: Mgr. Kateřina Mikšová (03.08.2021)

Původ magnetického momentu. Magnetická susceptibilita látek. Diamagnetismus a paramagnetismus. Látky se spontánní magnetizací - feromagnetika, antiferomagnetika, ferimagnetika. Doménová struktura a magnetizační proces. Magnetické relaxační a rezonanční procesy.

angličtina

Poslední úprava: Mgr. Kateřina Mikšová (03.08.2021)

Origin of magnetic moment. Magnetic susceptibility of materials. Diamagnetism and ferromagnetism. Materials with spontaneous magnetization - ferromagnets, antiferromagnets, ferrimagnets.Domain structure and magnetization process. Magnetic relaxation and resonance phenomena.

Literatura

Poslední úprava: Mgr. Kateřina Mikšová (03.08.2021)

S.Krupička: Fyzika feritů, Academia, Praha 1969.

J.Šternberk: Úvod do magnetismu pevných látek, SPN, Praha 1979

V.Hajko, L.Potocký, A.Zentko: Magnetizačné procesy, Alfa, Bratislava 1982

S.V.Vonsovskij: Magnetizm, Nauka, Moskva 1971.

Elements of Theoretical Magnetism, Academia, Praha 1968.

J.Crangle: The Magnetic Properties of Solids, E.Arnold, London 1977

Sylabus

čeština

Poslední úprava: Mgr. Kateřina Mikšová (03.08.2021)

1. Diamagnetismus a paramagnetismus látek.

Orbitální a spinový magnetický moment atomárních a vodivostních elektronů v pevných látkách. Hundova pravidla a jejich použití pro ionty transitivních prvků. Larmorova precese a diamagnetismus elektronového obalu atomu. Diamagnetismus slabě interagujících atomú a molekul v nekovových pevných látkách. Landaův diamagnetismus vodivostních elektronů. Diamagnetismus supravodičů. Paramagnetismus soustav slabě interagujících atomů a iontů ? Langevinova a Brillouinova základní teorie, Van Vleckova kvantová teorie. Vliv vnitrokrystalického elektrického pole v paramagnetických látkách, zamrzání orbitálního magnetického momentu. Pauliho spinový paramagnetismus vodivostních elektronů. Metody měření magnetické susceptibility. 

2. Feromagnetismus.

Experimentální určení účasti elektronových orbitů a spinů na tvorbě magnetického momentu látek. Weissova fenomenologická teorie molekulárního pole. Heisenbergova kvantová teorie. Přímá výměnná interakce elektronů. Betheho ? Slaterova kriteria feromagnetismu. Holsteinova ? Primakoffova teorie spinových vln ? magnonů. Teplotní závislost spontánní magnetizace feromagnetik ? Blochův zákon. Pásová teorie kovových feromagnetik. Výskyt feromagnetismu v kovech, sloučeninách a v slitinách. Tepelné, mechanické a elektrické jevy doprovázející feromagnetický stav. Fázové přechody ve feromagnetikách.

3. Antiferomagnetismus a ferimagnetismus.

Typické krystalové struktury antiferomagnetik a ferimagnetik. Normální, inverzní a smíšené spinely, perovskity, granáty. Néelova teorie molekulárního pole, supervýměna. Spinvlnová teorie antiferomagnetik a ferimagnetik. Obecnější typy výměnného efektu a magnetického spontánního uspořádání. Rudermannova-Kittelova-Kasiova-Yosidova nepřímá výměnná interakce a spirální magnetické uspořádání. Využití pružného a nepružného neutronového rozptylu ke studiu magnetických uspořádání a elementárních magnetických excitací.

4. Doménová struktura a magnetizační procesy.

Vznik doménových struktur v magnetických látkách, techniky jejich zviditelňování. Výměnná, magnetokrystalická, magnetoelastická a demagnetizační energie v magnetických látkách. Blochovy a Néelovy přechodové stěny mezi doménami, různé druhy domén. Magnetizační křivka, podíl jednotlivých mechanismů na magnetizačním procesu. Počáteční permeabilita, koercitivní síla, remanentní magnetizace. Měkké a tvrdé magnetické materiály. Magnetické tenké vrstvy. Praktické využití magnetických materiálů.

5. Magnetické relaxační a rezonanční procesy.

Paramagnetická relaxace, spin-spinová a spin-mřížková relaxace. Elektronová paramagnetická rezonance. Jaderná paramagnetická rezonance. Feromagnetická, antiferomagnetická a ferimagnetická rezonance. Užití magnetických rezonančních metod ke studiu materiálů a jejich další uplatnění v praxi.

angličtina

Poslední úprava: Mgr. Kateřina Mikšová (03.08.2021)

1. Diamagnetism and paramagnetism.

Orbital and spin magnetic moment of atomic and itinerant electrons in solids. Hund rules and their application for ions of transition elements. Larmor precession and diamagnetism of atomic electrons. Diamagnetism of weakly interacting atoms and molecules in nonmetallic solids. Landau diamagnetism of itinerant electrons. Diamagnetism of superconductors. Paramagnetism of systems of weakly interacting atoms and ions ? Langevin, Brillouin and Van Vleck theory. The influence of crystalline electric field in paramagnetic materials, the quenching of orbital moment. Pauli spin paramagnetism of itinerant electrons. Methods of measurement of magnetic susceptibility. 

2. Ferromagnetism.

Experimental determination of participation of orbital and spin motion of electrons to the formation of magnetic moment of materials. Weiss phenomenological theory of ferromagnetism. Heisenberg quantum theory. Direct exchange interaction of electrons. Bethe ? Slater criteria of ferromagnetism. Holstein ? Primakoff theory of spin waves. Temperature dependence of spontaneous magnetization of ferromagnets ? Bloch law. Band theory of metallic ferromagnets. Occurrence of ferromagnetism in metals, compounds and alloys. Thermal, mechanical and electrical phenomena associated with ferromagnetic state. Phase transitions in ferromagnets.

3. Antiferromagnetism and ferrimagnetism. 

Typical crystal structures of antiferromagnets and ferrimagnets. Normal, inverse and mixed spinels, perovskites and garnets. Néel theory of molecular field, superexchange. Spin wave theory of antiferromagnets and ferrimagnets. More general types of exchange effects and magnetic order. Use of elastic and inelastic neutron scattering for the study of magnetic order and elementary magnetic excitations. 

4. Domain structure and magnetization process.

Origin of domain structure in magnetically ordered materials and methods of its observation. Exchange, magnetocrystalline, magnetoelastic and demagnetization energy in magnetic materials. Bloch and Néel transition walls between domains, various types of domains. Magnetization curve, contribution of individual mechanisms in the magnetization process. Initial permeability, coercive force, remanent magnetization. Soft and hard magnetic materials. Magnetic thin films. Practical applications of magnetic materials.

5. Magnetic relaxation and resonance processes.

Paramagnetic relaxation, spin-spin and spin-lattice relaxation. Electron paramagnetic resonance, nuclear magnetic resonance. Ferromagnetic, antiferromagnetic and ferrimagnetic resonance. Application of magnetic resonance methods for the study of materials and their other applications in practice.