Propiedades magnéticas de los sólidos

Propiedades magnéticas
de los sólidos
Sólidos Inorgánicos - 2006
Clasificación de los materiales
magnéticos
► Diamagnéticos
► Paramagnéticos
► Antiferromagnéticos
► Ferromagnéticos
► Ferrimagnéticos
Imanes
Diamagnetismo y paramagnetismo
B = H + ∆H
H : campo magnético
B : inducción magnética
∆H = 4 π M
M : magnetización
1
Permeabilidad y susceptibilidad
magnéticas
B = H + 4πM
B
M
= 1 + 4π
H
H
χg =
χ
d
P = 1 + 4 πχ
χM =
χ
d
⋅ (PF ) = χVM
Unidades en magnetismo
magnitud
unidad SI
unidad cgs emu
Am-1
oersted
Tesla
gauss
adimensional
adimensional
susceptibilidad gramo
m3kg-1
cm3g-1
susceptibilidad molar
m3mol-1
cm3mol-1
campo magnético
inducción magnética
*
susceptibilidad de
volumen
* 1 T = 105 gauss
Diamagnetismo
►χ
< 0 (B < H )
►~
10-6 cm3mol-1
► Independiente
► Propiedad
de T y H
general que exhiben todas las
sustancias
► Origen:
circulación de los electrones apareados
inducida por H
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Paramagnetismo
►χ
> 0 (B > H)
►0
- 10-4 cm3mol-1
► Sustancias
con electrones desapareados
► Origen:
momento angular de los electrones
desapareados
de H (para campos pequeños),
dependiente de T
► Independiente
Balanza de Gouy
Curva de magnetización para una
sustancia paramagnética sencilla
χ = lim
H →0
∂M
∂H T
χ = χD + χP
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Dependencia de la susceptibilidad
con la temperatura
► Ley
χ
de Curie:
χ=
► Ley
de Curie-Weiss
χ=
T
C
T
C
T −Θ
Momento magnético efectivo
1
µeff
3k 2
= ⎛⎜ ⎞⎟ (χT
⎝N ⎠
1
1
)2 = 2 , 8279 (χT )2
µeff ≈ g S (S + 1)
Unidades de µ: magnetones de Bohr (β)
(1β = 0,927 x 10-20 erg gaus-1)
Interacción entre centros magnéticos
antiferromagnetismo
ferromagnetismo
4
Antiferromagnetismo
►χ
>0
► Origen:
alineación antiparalela de los
momentos electrónicos
► Magnitud:
0 -10-4 cm3mol-1
► Dependiente
de T y H
Ferromagnetismo
►χ
>0
► Origen:
alineación paralela de los momentos
electrónicos
► Magnitud:
~ 10-2 – 106 cm3mol-1
► Dependiente
de T y H
Propiedades magnéticas de los
elementos a temperatura ambiente
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Acoplamiento antiferromagnético en
el NiO
Ordenamiento ferromagnético en
α-Fe, Ni y Co
Anisotropía magnetocristalina en el
cobalto
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Origen del magnetismo en metales:
paramagnetismo de Pauli y
ferromagnetismo
Temperaturas de Curie para algunos
ferroimanes
material
Fe
Gd
CrO2
CrBr3
EuO
EuS
Tc / K
1043
293
392
37
77
16,5
Origen del magnetismo en aislantes
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Ferrimagnetismo
► acoplamiento
antiferromagnético de dos subredes
no equivalentes
MB
M = MA - MB
MA
► Ferritas
(espinelas inversas), granates, etc
MIIM’ III2O4
A3B2X3O12
FeIIFeIII2O4 (magnetita)
YIII3FeIII5O12 (YIG)
A3B2X3O12
A: divalente
(verde)
B: trivalente
(azul)
Representaciones esquemáticas de
los dominios magnéticos
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Movimiento de una pared de dominio
Ciclo de histéresis en una sustancia
ferromagnética
Materiales magnéticos blandos
► campo
coercitivo pequeño, alta permeabilidad
► aleaciones
Fe
Fe-Si, vidrios metálicos, aleaciones Ni-
► núcleos
para transformadores, motores eléctricos,
generadores
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Materiales magnéticos duros
► campo
coercitivo elevado, alta magnetización
remanente
► aleaciones
Alnico, aleaciones de tierras raras,
ferritas de bario y estroncio
► imanes
permanentes
Desarrollo de imanes permanentes
durante el siglo XX
Imanes en dispositivos de
almacenamiento de información
► cabezales
de grabación: Permalloy, vidrios
metálicos, ferritas blandas (MO·Fe2O3)
► cintas
de audio y video, discos de
computadora: CrO2, Fe2O3, filmes metálicos
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Esquema del proceso de fabricación
de una cinta magnética
Sistema de escritura-lectura de datos
Grabación longitudinal vs.
perpendicular
Capacidad de almacenamiento: ~ 80Gbits/cm2
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