Μαγνητικά Υλικά Υπεραγωγοί

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Μαγνητικά Υλικά Υπεραγωγοί ΥΣΤΕΡΗΣΗ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗΣ ΤΗΣ ΜΑΓΝΗΤΙΣΗΣ Διδάσκων: Καθηγητής Ιωάννης Παναγιωτόπουλος

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.

3 Μαγνητική Ανισοτροπία Παραμαγνητισμός + Αλληλεπίδραση Ανταλλαγής + Ανισοτροπία Η Η Η κτ Η S i J ij >0 S j Κ

4 Φαινομενολογικές Εκφράσεις: ομοαξονική ανισοτροπία Κ u >0 Εύκολος άξονας Κ θ Κ u <0 Εύκολο επίπεδο 2 E = u sin θ

5 Ενεργειακοί Όροι με βάση τους οποίους εξηγείται η μαγνητική συμπεριφορά των υλικών Μαγνητοστατική Η Ανταλλαγής J ij Ανισοτροπία Θερμική Κ κτ

6 Μαγνητοστατική Ενέργεια Μαγνητισμένου Σώματος: D =-ΝΜ Μ E D = µ 0 = N E 1 µ = 2 D = µ 0N

7 Μαγνητικές Περιοχές σαν αποτέλεσμα ανταγωνισμού J ex Μαγνητοστατικής J ex =χαμηλό μ 0 Μ 2 =υψηλό J ex = υψηλό μ 0 Μ 2 =χαμηλό J ex =χαμηλό μ 0 Μ 2 =χαμηλό +γ

8 Τοιχώματα Περιοχών σαν αποτέλεσμα ανταγωνισμού J ex Κ A=exchange stiffness=zj ex S 2 /a γ γ ex A δ γ δ δ A δ = π, γ = 4 A

9 Τρόποι αντιστροφής της μαγνήτισης

10 Τρόποι αντιστροφής της μαγνήτισης Μη-συλλογική Πυρήνωση Περιχών & Κίνηση Τοιχωμάτων Ομογενής Στροφή Συλλογική Μη- ομογενής Στροφή

11 Αντιστροφή της Μαγνήτισης Πυρήνωση αντίστροφων περιοχών Κίνηση των τοιχωμάτων Ομογενής στροφή

12 Συλλογική και μη-συλλογική αντιστροφή της μαγνήτισης

13 Εμπόδια στην κίνηση τοιχωμάτων και Υστέρηση γ = 4 Σημειακές Ανομογένειες: Ασθενής «Αγκίστρωση» A Γραμμικές Ανομογένειες: γ = 4 A Επίπεδες Ανομοιογένειες: Ισχυρή «Αγκίστρωση»

14 «Αγκίστρωση» τοιχωμάτων (domain wall pinning) γ ΑΓΚΙΣΤΡΩΣΗ ΕΛΞΗΣ ATTRACTIVE PINNING δ γ ΑΓΚΙΣΤΡΩΣΗ ΑΠΩΘΗΣΗΣ REPULSIVE PINNING δ b X b X P b=δ b>δ b<δ b

15 Υπολογισμός πεδίου Η P S x L-x ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) = = = = S p S dx d dx de S L x S x x E V x S x x E µ γ µ γ µ γ dx d S P γ 2µ 0 1 = γ X dx dγ ( ) ( )( ) S S S L L x SL x L S Sx V = + + = = 2 µ

16 Πυρήνωση-Παράδοξο Brown ΠΑΡΑΔΟΞΟ BROWN: C =1-2 A/m << =10-40 A/m C = α N eff S ΑΝΟΜΟΙΟΓΕΝΕΙΕΣ ΧΑΜΗΛΟΥ Κ, Η ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Κ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΜΕ ΙΣΧΥΡΑ ΠΕΔΙΑ ΑΠΟΜΑΓΝΗΤΙΣΗΣ s h

17 Πυρήνωση και Κίνηση Τοιχωμάτων

18 Πυρήνωση και Κίνηση Τοιχωμάτων

19 Σωματίδια μονής περιοχής

20 Κ θ α Μ S Ομογενής στροφή: αντιστρεπτή και μη-αντιστρεπτή 2 E θ, ) = sin θ µ cos( a θ ) ( 0 S θ=π θ=0 θ=α Μ =- N Η =+ N

21 Ομογενής στροφή: Γωνιακή Εξάρτηση Η C 1.0 α= / S C (α)/ 0.5 N C / α (deg) ΠΕΔΙΟ ΑΝΙΣΟΤΡΟΠΙΑΣ = 2 µ 0 S

22 Ομογενής στροφή για α=0 (//) 2 E( θ, ) = sin θ µ 0 S cos( θ ) E(θ) E=(1+(/ ) 2 ) 1 E = 2 E=µ 0 S E=-µ 0 S θ (deg)

23 Εφησυχασμός (χαλάρωση) της μαγνήτισης ( ) 2 1 = τ t S e k B T S B V E 2, 1 2 = = sec 10, exp = τ τ τ T k E B B ln ln 9 0 = = = τ τ T k E B B

24 Υπερπαραμαγνητισμός V = 25k B T Co 90Å,RT 100 χρόνια Co 68Å,RT 0.1 sec ΛΟΓΩ ΤΗΣ ΕΚΘΕΤΙΚΗΣ ΕΞΑΡΤΗΣΗΣ ΤΟΥ ΧΡΟΝΟΥ ΕΦΗΣΥΧΑΣΜΟΥ ΜΠΟΡΟΥΜΕ ΝΑ ΟΡΙΣΟΥΜΕ: ΓΙΑ ΣΥΓΚΕΚΡΙΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΕΝΑ ΚΡΙΣΙΜΟ ΜΕΓΕΘΟΣ ΚΑΤΩ ΑΠΌ ΤΟ ΟΠΟΙΟ ΕΧΟΥΜΕ ΥΠΕΡΠΑΡΑΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟ: VP = 25k B T Co, RT, D P =72Å Co 72Å, 250 3h Co 72Å, 350 2sec ΓΙΑ ΣΥΓΚΕΚΡΙΜΕΝO ΣΩΜΑΤΙΔΙΟ ΜΙΑ ΚΡΙΣΙΜΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΑΝΩ ΑΠΌ ΤΗΝ ΟΠΟΙΑ ΕΧΟΥΜΕ ΥΠΕΡΠΑΡΑΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟ: T B = V 25k B Co, D P =90Å, 590

25 Υπολογισμός C (T) ΤΟ ΣΥΝΕΚΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΘΑ ΕΙΝΑΙ ΤΟ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΑ ΕΠΙΒΑΛΛΟΜΕΝΟ ΠΕΔΙΟ ΠΟΥ ΘΑ ΧΑΜΗΛΩΣΕΙ ΤΟΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΦΡΑΓΜΟ ΑΡΚΕΤΑ ΩΣΤΕ ΜΕΣΑ ΣΤΟΝ ΧΡΟΝΟ ΜΕΤΡΗΣΗΣ (ΕΣΤΩ 60sec) ΝΑ ΕΧΕΙ ΑΝΤΙΣΤΡΑΦΕΙ Η ΜΑΓΝΗΤΙΣΗ. ΔΗΛΑΔΗ: ΧΡΟΝΟΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΧΡΟΝΟΣ ΕΦΥΣΗΧΑΣΜΟΥ 60sec 10 60sec ln 9 10 sec 9 25k T V C B V sec exp 1 V ( 1 ) k ( 1 ) C B 25k BT V C T 2 ( 1 ) k B C T 2 2

26 Εξάρτηση του συνεκτικού πεδίου από το μέγεθος και την θερμοκρασία C = 1 V P V = 1 DP D 3 2 C = 1 25k BT V C = 1 T T B SINGLE DOAIN ULTI-DOAIN 1.0 C SUPER-P ( ) D D P D P D C D c (T)/ C (0) 0.5 T B T/T B

27 Ανταγωνισμός Ενεργειακών Όρων Χαρακτηριστικά Μεγέθη Τ C Θερμική kt Υπερπαραμαγνητισμός T B Μαγνητικές Περιοχές Weiss Ανταλλαγής J ex Μαγνητοστατική μ 0 Μ 2 Ανισοτροπίας Κ Πάχος Τοιχωμάτων δ Τοιχώματα Περιοχών Ενέργεια Τοιχωμάτων γ ΜΕΓΕΘΟΣ ΠΕΡΙΟΧΩΝ

28 Τέλος Ενότητας

29 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

30 Σημειώματα

31 Σημείωμα Ιστορικού Εκδόσεων Έργου Το παρόν έργο αποτελεί την έκδοση 1.0. Έχουν προηγηθεί οι κάτωθι εκδόσεις: Έκδοση 1.0 διαθέσιμη εδώ.

32 Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, Διδάσκων: Καθηγητής Ιωάννης Παναγιωτόπουλος. «Μαγνητικά Υλικά Υπεραγωγοί. ΥΣΤΕΡΗΣΗ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗΣ ΤΗΣ ΜΑΓΝΗΤΙΣΗΣ». Έκδοση: 1.0. Ιωάννινα Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση:

33 Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή, Διεθνής Έκδοση 4.0 [1] ή μεταγενέστερη. [1]