Teoria relaksacji Néela - Néel relaxation theory

Teoria relaksacji Néela to teoria opracowana przez Louisa Néela w 1949 r. W celu wyjaśnienia zależnych od czasu zjawisk magnetycznych zwanych lepkością magnetyczną . Nazywana jest również teoria Néela-Arrheniusa , po równaniu Arrheniusa i teoria Néela-Brown po bardziej rygorystyczne wyprowadzeniu przez William Fuller Brown, Jr. Néela wykorzystał swoją teorię na opracowanie modelu thermoremanent namagnesowania w pojedynczej domeny minerałów ferromagnetycznych , które wyjaśnione jak te minerały mogą niezawodnie rejestrować pole geomagnetyczne . Modelował również podatność zależną od częstotliwości i rozmagnesowanie pola przemiennego.

Superparamagnetyzm

Superparamagnetyzm występuje w nanocząstkach ferromagnetycznych i ferrimagnetycznych, które są jednodomenowe , tj. Składają się z jednej domeny magnetycznej . Jest to możliwe, gdy ich średnica wynosi poniżej 3–50 nm, w zależności od materiałów. W tym stanie uważa się, że namagnesowanie nanocząstek jest pojedynczym gigantycznym momentem magnetycznym, sumą wszystkich pojedynczych momentów magnetycznych przenoszonych przez atomy nanocząstki. To jest to, nad czym pracują ludzie w subdziedzinie superparamagnetyzmu, zwanym „przybliżeniem makro-spinu”.

Średni czas przejścia

Ze względu na anizotropię magnetyczną nanocząstek moment magnetyczny ma zwykle tylko dwie stabilne orientacje przeciwrównoległe względem siebie, oddzielone barierą energetyczną . Stabilne orientacje wyznaczają magnetyczną łatwą oś nanocząstki. W skończonej temperaturze istnieje skończone prawdopodobieństwo, że namagnesowanie zmieni kierunek i zmieni kierunek. Średni czas między dwoma przewrotami nazywany jest czasem relaksacji Néela τ _N i jest określony przez równanie Néela-Arrheniusa:

${\ Displaystyle \ tau _ {\ tekst {N}} = \ tau _ {0} \ exp \ lewo ({\ Frac {KV} {k _ {\ tekst {B}} T}} \ prawej)}$ ,

gdzie KV jest wysokością bariery energetycznej, iloczynem gęstości energii anizotropii magnetycznej K i objętości V ; k _B jest stałą Boltzmanna , T temperatura, a ich iloczyn energii cieplnej; a τ ₀ jest długością czasu charakterystyczną dla materiału, zwaną czasem próby lub okresem próby (jej odwrotność nazywana jest częstotliwością próby ). Typowe wartości τ ₀ mieszczą się w zakresie od 10 ⁻⁹ do 10 ⁻¹⁰ sekund.

Czas relaksacji Néel może wynosić od kilku nanosekund do lat lub znacznie dłużej. W szczególności jest to funkcja wykładnicza objętości ziaren, co wyjaśnia, dlaczego prawdopodobieństwo odwracania się staje się szybko pomijalne w przypadku materiałów sypkich lub dużych nanocząstek.

Temperatura blokowania

Załóżmy, że namagnesowanie pojedynczej superparamagnetycznej nanocząstki jest mierzone w czasie τ _m . Jeśli ten czas jest znacznie większy niż czas relaksacji τ _N , namagnesowanie nanocząstek będzie się kilkakrotnie odwracać podczas pomiaru. W polu zerowym zmierzone namagnesowanie będzie średnie do zera. Jeśli τ _m ≪ τ _N , namagnesowanie nie zmieni się podczas pomiaru, więc zmierzone namagnesowanie będzie równe magnesowaniu początkowemu. W pierwszym przypadku nanocząstka będzie wydawała się być w stanie superparamagnetycznym, podczas gdy w drugim przypadku zostanie zablokowana w stanie początkowym. Stan nanocząstki (superparamagnetyczny lub zablokowany) zależy od czasu pomiaru. Przejście pomiędzy superparamagnetyzm i stanu zablokowanego następuje przy τ _m = τ _N . W kilku eksperymentach czas pomiaru jest stały, ale temperatura jest zmienna, więc przejście między superparamagnetyzmem a stanem zablokowania jest funkcją temperatury. Temperatura, dla której τ _m = τ _N nazywana jest temperaturą blokowania :

${\ Displaystyle T _ {\ tekst {B}} = {\ Frac {KV} {k _ {\ tekst {B}} \ ln \ lewo (\ tau _ {\ tekst {m.}} / \ tau _ {0} \ dobrze)}}}$

Dla typowych pomiarów laboratoryjnych wartość logarytmu w poprzednim równaniu jest rzędu 20–25.

Bibliografia