Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 1

15. Magnetische Eigenschaften der Festkörper

Magnetit [ mineralienatlas.de ]

Ursachen des Magnetismus

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 2

Quasigebundene und quasifreie Elektronen

Magnetische Momente der Atome:BahnmagnetismusSpin

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 3

[W. Brewer]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 4

[W. Brewer]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 5

[W. Brewer]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 6

[W. Brewer]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 7

[W. Brewer]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 8

[W. Brewer]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 9

15.2. Para- und Diamagnetismus

Permeabilität Suszeptibilität Temperaturabhängigkeit

(Curietemperatur) Idealer Diamagnetismus bei

Supraleitern

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 10

[W. Brewer]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 11

Langevinscher Paramagnetismus Der Gesamtdrehimpuls eines Atomes im

Grundzustand lässt sich theoretisch über die sogenannten Hundschen Regeln bestimmen. Wichtigste Essenz daraus ist, dass sich der Gesamtdrehimpuls

1. einer abgeschlossenen Schale und 2. einer bis auf ein Elektron halb gefüllten Schale

immer zu Null addiert. In allen anderen Fällen besitzt das Atom also ein magnetisches Moment.

Die Temperaturabhängigkeit dieses Beitrags wird durch das Curiesche Gesetz beschrieben:

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 12

Paul Langevin(1872 -1946) ESPCI Paris Neutronenmoderator Langevin-Gl. der Statistik Langevin-Funktion

Piezoelektrizität für Sonar

[ Wikipedia ]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 13

Magnetisierung ~ Langevin-Funktion m - Magnetisches Moment eines Teilchens B - Betrag des angelegten äußeren Magnetfeldes Magnetisierung M eines Paramagneten M = NmL(ξ)

N steht dabei für die Stoffmenge und m für das magnetische Moment der einzelnen Spins des Paramagneten.

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 14

Pierre Curie(1859-1906) Paris Piezoelektrizität 1896 Curie-Gesetz 1907 Curie-Weiss-Gesetz Curie-Konstante Curie-Temperatur 1903 Nobelpreis (Ra, Po)

[ Wikipedia ]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 15

Pierre-Ernest Weiss(1865 – 1940) Zürich Lyon, Rennes 1907 Molekularfeld-

Näherung Curie-Weiss-Gesetz Weiss‘sche Bezirke

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 16

Pauli-Paramagnetismus

[ Bergmann/Schäfer ]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 17

Wolfgang Pauli(1900-1958) Studium in München

bei A. Sommerfeld;Assistent bei M.Born

Pauli-Prinzip 1925 Prof. in Hamburg, ETH, Ab 1935 USA (Princeton) Ph-Nobelpreis 1945

[ nobelprize.org ]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 18

Pauli-Paramagnetismus

[ Hunklinger ]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 19

John H. van Vleck(1899-1980)

US-amerik. Physiker 1977 Nobelpreis zusammen

mit Nevill F. Mott und Philip W. Anderson "für die grundlegenden theoretischen Leistungen zur Elektronenstruktur in magnetischen und ungeordneten Systemen"

[nobelprize.org ]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 20

[W. Brewer]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 21

Diamagnetische Levitation

[http://www.hfml.science.ru.nl/levitation-movies.html ]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 22

Diamagnetische Levitation

[http://www.hfml.science.ru.nl/levitation-movies.html ]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 23

[ G. Hilscher ]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 24

15.3 Ferro-, Antiferro- und Ferrimagnetismus Barkhauseneffekt Hysterese Remanenz Koerzitivfeldstärke Ferrimagnetika Austauschenergie Néel-Temperatur

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 25

Heinrich Barkhausen(1881-1956)

Promo in Göttingen zu elektrischen Schwingungen

Industrie (Siemens) 1910 Habil. TH Berlin ab 1911 TH Dresden B.- Rauschen B.- Effekt Elektronenröhren [ wikipedia ]

Barkhausen-Versuch

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 26

[ R. Schäfer ]

Barkhausen-Versuch: Sättigung – keine Sprünge

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 27

[ R. Schäfer ]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 28

Austauschenergie

[ H. Zabel ]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 29

Austauschenergie

[ Bergmann/Schäfer ]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 30

Ising-Modell

[ H. Zabel ]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 31

[W. Brewer]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 32

[ H. Zabel ]

33

M

MR

MS

HC HC H

Ferromagnetismus:

Magnetisierungskurve M = f(H)

blau – Verlauf der Neukurve

MS - Sättigungsmagnetisierung

MR Remanenz

HC - Koerzitivfeldstärke

Material Curie-Temperatur TC [K]

Co 1404Fe 1043Ni 631Gd 289V2A < TRT

TC

χ

T

r

C

CT T

1

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 34

Drehung der Magnetisierungs-

richtungH

H

irreversible Wandverschie-

bungen

H

reversible Wandverschie-

bungen

Festkörper

(M=0, H=0)

H

M

Magnetisierungsverhalten von Ferromagnetika:

Basisebene

H [kAm-1]M

[Vsm

-2]

0.04

0.08

0.12

20 40 60 80

Magnetisierungskurve für Co

hexagonale Achse

0 0 0 1

1 0 1 0

Kristallanisotropie:

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 35

Néel - WandBloch - Wand

N S

N

N

Entstehung ferromagnetischer Bereiche (a) ohne (b) mit Abschlußbereichen

Magnetische Domänenstrukturen:

a) b)

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 36

[ R. Gross ]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 37

[W. Brewer]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 38

[W. Brewer]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 39

Louis Néel( 1904 – 2000 ) Franz. Physiker 1970 Nobelpreis

(Antiferromagnetismus u. Ferromagnetismus)

Néel-Temperatur Néel-Wand

[ nobelprize.org ]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 40

[ R. Gross ]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 41

[ H. Zabel ]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 42

[ R. Gross ]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 43

[ H. Zabel ]

Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 44