Спонтанная намагниченность — это возникновение упорядоченного спинового состояния ( намагниченности ) при нулевом приложенном магнитном поле в ферромагнитном или ферримагнитном материале ниже критической точки, называемой температурой Кюри или T C.
Нагретые до температур выше T C , ферромагнитные материалы становятся парамагнитными и их магнитное поведение определяется спиновыми волнами или магнонами , которые являются коллективными возбуждениями бозонов с энергиями в диапазоне мэВ. Намагничивание, которое происходит ниже T C , является примером «спонтанного» нарушения глобальной симметрии , явления, которое описывается теоремой Голдстоуна . Термин «нарушение симметрии» относится к выбору направления намагничивания спинами, которые имеют сферическую симметрию выше T C , но предпочтительную ось (направление намагничивания) ниже T C . [ необходима цитата ]
В первом приближении температурная зависимость спонтанной намагниченности при низких температурах определяется законом Блоха T 3/2 : [1] : 708
где M(0) — спонтанная намагниченность при абсолютном нуле . Уменьшение спонтанной намагниченности при более высоких температурах вызвано возрастающим возбуждением спиновых волн . В корпускулярном описании спиновые волны соответствуют магнонам, которые являются безмассовыми голдстоуновскими бозонами, соответствующими нарушенной симметрии . Это в точности верно для изотропного магнита.
Магнитная анизотропия , то есть существование легкого направления, вдоль которого спонтанно выстраиваются моменты в кристалле, соответствует, однако, «массивным» магнонам. Это способ сказать, что они требуют минимального количества энергии для возбуждения, поэтому они вряд ли будут возбуждены как . Следовательно, намагниченность анизотропного магнита сложнее разрушить при низкой температуре, и температурная зависимость намагниченности соответственно отклоняется от закона Блоха T 3/2 . Все реальные магниты в некоторой степени анизотропны.
Вблизи температуры Кюри,
где β — критический показатель , зависящий от класса универсальности магнитного взаимодействия. Экспериментально показатель равен 0,34 для железа и 0,51 для никеля . [2]
Эмпирическая интерполяция двух режимов дается формулой
легко проверить два предела этой интерполяции, которые следуют законам, аналогичным закону Блоха, для , и критическому поведению для , соответственно.
