強磁性体とは？
強磁性体は通常、鉄元素に基づいており、反磁性や常磁性とは異なり、自然界に見られる3種類の磁性の1つです。 強磁性体の主な特徴は、外部磁場源によって物質に最初に課せられることなく自然磁場を示すことであり、その磁場はあらゆる意図と目的のために永久的です。 一方、反磁性材料は、鉄に存在する磁場と正反対の弱い誘導磁場を示します。 常磁性材料にはアルミニウムや白金金属が含まれ、これらはわずかな磁場を持つように誘導することもできますが、誘導磁場を除去するとすぐに効果を失います。
自然界で強磁性特性を示す最も一般的な材料は鉄であり、この品質は2,000年以上も知られています。 他の希土類も、ガドリニウムやジスプロシウムなどの強磁性を示すことがあります。 強磁性合金として機能する金属には、サマリアムまたはネオジムと合金化されたコバルトが含まれます。
強磁性体の磁場は、ドメインと呼ばれる電子スピンが互いに平行に並んでいる原子領域に集中しています。 これらの磁区は強い磁性を持っていますが、物質自体の大部分にランダムに散らばっており、全体的に弱いまたは中性の自然磁気を与えます。 そのような自然の磁場を取り、それらを外部の磁気源にさらすことにより、ドメイン自体が整列し、材料は均一で強力な永続的な磁場を保持します。 物質の一般的な磁性のこの増加は、比透磁率として知られています。 鉄と希土類がこのドメインの整列と一般的な磁性を保持する能力は、ヒステリシスとして知られています。
強磁性体は、誘導磁場が除去されるとその磁場を保持しますが、時間とともに元の強度のほんの一部で保持されます。 これは、残留として知られています。 残留磁気は、強磁性に基づいて永久磁石の強度を計算する際に重要です。永久磁石は産業用および民生用デバイスで使用されます。
すべての強磁性体デバイスのもう1つの制限は、キュリー温度と呼ばれる特定の温度範囲で磁性の特性が完全に失われることです。 強磁性体のキュリー温度を超えると、その特性は常磁性体の特性に切り替わります。 常磁性帯磁率のキュリーの法則では、ランジュバン関数を使用して、既知の材料組成における強磁性から常磁性への変化を計算します。 ある状態から別の状態への変化は、温度が上昇するにつれて、予測可能な上昇する放物線状の曲線に従います。 温度が上昇すると強磁性が弱まり、最終的に消滅するこの傾向は、熱撹拌として知られています。
可動部品のないトランスで聞こえるハム音は、強磁性体の利用によるもので、磁歪として知られています。 これは、トランスに供給される電流によって生成される誘導磁場に対する強磁性体による応答です。 この誘導磁場により、物質の自然磁場がわずかに方向を変えて、印加された磁場と一致します。 これは、通常60ヘルツサイクルまたは1秒間に60回交互に発生する、交流（AC）に対する変圧器の機械的応答です。
強磁性特性を使用した高度な研究には、いくつかの興味深い潜在的な用途があります。 天文学では、強磁性液体は液体鏡の形として設計されており、ガラス鏡よりも滑らかで、望遠鏡や宇宙探査機の数分の1のコストで作成できます。 ミラー形状は、磁場アクチュエータを1キロヘルツサイクルで循環させることによっても変更できます。
強磁性は、2011年に実施された研究で超伝導と協調して発見されました。ナノメートルスケールまたは10億分の1メートルで設計されたニッケルとビスマスの化合物Bi 3 Niは、同じ化合物とは異なる特性を示しますより大きなサンプル。 強磁性は通常、超伝導を相殺するため、このスケールでの材料特性は独特であり、その潜在的な用途はまだ調査中です。
強磁性体上に構築された半導体に関するドイツの研究には、化合物ガリウムマンガンヒ素GaMnAsが関係しています。 この化合物は、強磁性半導体の最高キュリー温度である華氏212度（摂氏100度）であることが知られています。 このような化合物は、超伝導体の電気伝導率を動的に調整する手段として研究されています。