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反強磁性

索引 反強磁性

反強磁性(Antiferromagnetic )とは、隣り合うスピンがそれぞれ反対方向を向いて整列し、全体として磁気モーメントを持たない物質の磁性を指す。金属イオンの半数ずつのスピンが互いに逆方向となるため反強磁性を示す。 代表的な物質としては、絶縁体では酸化マンガン(MnO)や酸化ニッケル(NiO)などが挙げられる。なお、これら酸化物における相互作用は超交換相互作用によって説明されるが、スピンを逆向きに揃えようとする反強磁性相互作用は超交換相互作用のみに由来するものではなく、強磁性を説明した「ハイゼンベルクの(直接)交換相互作用」においても、磁性軌道間に重なりがあればその係数は負となり、反強磁性相互作用をもたらす。 強磁性体と同様に、反強磁性もその性質を示すのは低温に限られる。熱揺らぎによるスピンをランダムにしようとする効果(=熱によるエントロピーの増大)のため、ある温度以上になるとスピンはそれぞれ無秩序な方向を向いて整列しなくなり、物質は常磁性を示すようになる。この転移温度をネール温度(Néel Temperature)と呼ぶ。ネール温度以上での磁化率は通常は近似的にキュリー・ワイスの法則で表すことが出来る。 なお、反磁性 (diamagnetism) は反強磁性とは全く違う現象である。.

25 関係: 単位胞反磁性常磁性交換相互作用弱強磁性強磁性体心立方格子構造マンガンネール温度ユウロピウムランタノイドテルビウムフェリ磁性エルビウムキュリー・ワイスの法則ジスプロシウムスピントロニクススピン角運動量共立出版磁化磁気モーメント磁性立方晶系酸化マンガン(II)酸化ニッケル(II)

単位胞

単位胞(たんいぼう、Unit cell)とは、結晶中の空間格子の格子点がつくる平行6面体のうち、空間格子の構造単位として選ばれたものである。単位格子と言うこともある。つまり、単位胞は結晶構造の周期パターンの単位となる平行6面体であり、結晶構造は単位胞の敷き詰めで表現される。 単位胞の頂点から伸びる、3つの稜を表す3本のベクトル〈a, b, c〉は基本ベクトルと呼ばれる。ベクトルの大きさ〈距離〉と単位ベクトルの成す角、α.

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反磁性

反磁性(はんじせい、diamagnetism)とは、磁場をかけたとき、物質が磁場の逆向きに磁化され(=負の磁化率)、磁場とその勾配の積に比例する力が、磁石に反発する方向に生ずる磁性のことである 。 反磁性体は自発磁化をもたず、磁場をかけた場合にのみ反磁性の性質が表れる。反磁性は、1778年にセバールド・ユスティヌス・ブルグマンス によって発見され、その後、1845年にファラデーがその性質を「反磁性」と名づけた。 原子中の対になった電子(内殻電子を含む)が必ず弱い反磁性を生み出すため、実はあらゆる物質が反磁性を持っている。しかし、反磁性は非常に弱いため、強磁性や常磁性といったスピンによる磁性を持つ物質では隠れて目立たない。つまり、差し引いた結果の磁性として反磁性があらわれている物質のことを反磁性体と呼ぶに過ぎない。 このように、ほとんどの物質において反磁性は非常に弱いが、超伝導体は例外的に強い反磁性を持つ(後述)。なお、標準状態において最も強い反磁性をもつ物質はビスマスである。 なお、反強磁性(antiferromagnetism)は反磁性とは全く違う現象である。.

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常磁性

常磁性(じょうじせい、英語:paramagnetism)とは、外部磁場が無いときには磁化を持たず、磁場を印加するとその方向に弱く磁化する磁性を指す。熱ゆらぎによるスピンの乱れが強く、自発的な配向が無い状態である。 常磁性の物質の磁化率(帯磁率)χは温度Tに反比例する。これをキュリーの法則と呼ぶ。 比例定数Cはキュリー定数と呼ばれる。.

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交換相互作用

物理学において、交換相互作用(こうかんそうごさよう、exchange interaction、交換エネルギーとも)は、同種粒子間でのみ起こる量子力学的効果である。 この効果は区別ができない粒子の波動関数が交換対称性〔2つの粒子を交換した時に符号が変化しない(対称)または変化する(反対称)〕の対象となるためである。ボース粒子およびフェルミ粒子のどちらも交換相互作用を経験しうる。フェルミ粒子では、これはパウリ反発と呼ばれることもあり、パウリの排他原理と関係している。ボース粒子では、交換相互作用は、ボース=アインシュタイン凝縮において見られるように、同種粒子がすぐ近くに見出される原因となる引きつける性質の形を取る。 交換相互作用は、2つ以上の同種粒子の波動関数が重なり合う時の距離のを変化させる。同種粒子間の距離の期待値は(区別ができる粒子の場合と比較して)、フェルミ粒子では増大し、ボース粒子では減少する。その他の帰結として、交換相互作用は強磁性や物質の体積に関与している。古典力学による交換相互作用の説明はできず、典型的な量子力学の効果のひとつである。 交換相互作用効果は、1926年に物理学者のヴェルナー・ハイゼンベルクとポール・ディラックによって独立に発見された。1928年、ハイゼンベルクがハイトラー-ロンドンの方法を使って交換相互作用(この場合特に直接交換相互作用とも言う)から強磁性の発現について議論した。ただし、この場合の交換相互作用による強磁性の実際の例は非常に少ないと思われている。 状態 i, j に対するスピンに関する演算子をそれぞれ、、とすると、 の形で表される相互作用が交換相互作用である。Jは交換積分と言い、後で詳述する。.

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弱強磁性

弱強磁性(じゃくきょうじせい)は物質が持つ磁性の一種である。かつては寄生強磁性などとも呼ばれた磁性であり、その機構が解明された現在では傾角反強磁性とも呼ばれる。正確に言えば両者の指し示す範囲は必ずしも完全に一致するものではなく、弱強磁性体の一種として傾角反強磁性体があるのではあるが、弱強磁性体の大部分は傾角反強磁性体である。以下においても主に通常の傾角反強磁性体に関して記述する。 弱強磁性の特徴は物質の反強磁性転移と同時に現れるごくわずかな強磁性にあり、転移温度以下ではあたかも反強磁性体にごく少量の強磁性体が混入しているかのような磁性を示す。つまり、その磁化過程において、低磁場側ではヒステリシスループを伴う急速に飽和する磁化(ただし本来の飽和磁化よりは遙かに低い値で飽和する)を示し、それ以降の高磁場側では反強磁性体的な(ただし低磁場側の強磁性成分の分かさ上げされた)ゆっくりと増加する磁化を示す。しかしながらそれが単なる強磁性不純物の混入などでないことは、強磁性の表れる転移温度が反強磁性の転移温度に完全に一致していることなどから明らかである。当初考えられた機構は、反強磁性体の内部にいくつかの格子欠陥が存在し、反強磁性転移と共にこの格子欠陥に隣接するペアを失った余剰のスピンが強磁性を示しているのではないかと言うものであったが、ある特定方向を向いたスピンに対応する副格子のみが欠陥を持たなくてはならないことや、実際のサンプルで観察される自発磁化の大きさが格子欠陥の量にほとんど依存しないことからこのモデルは否定された。 現在では、弱強磁性は主にジャロシンスキー-守谷相互作用か、1イオン異方性に由来することが知られている。.

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強磁性

強磁性 (きょうじせい、ferromagnetism) とは、隣り合うスピンが同一の方向を向いて整列し、全体として大きな磁気モーメントを持つ物質の磁性を指す。そのため、物質は外部磁場が無くても自発磁化を持つことが出来る。 室温で強磁性を示す単体の物質は少なく、鉄、コバルト、ニッケル、ガドリニウム(18℃以下)である。 単に強磁性と言うとフェリ磁性を含めることもあるが、日本語ではフェリ磁性を含まない狭義の強磁性をフェロ磁性と呼んで区別することがある。なおフェロ (ferro) は鉄を意味する。.

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体心立方格子構造

体心立方格子構造(たいしんりっぽうこうしこうぞう、body-centered cubic, bcc)とは、結晶構造の一種。立方体形の単位格子の各頂点と中心に原子が位置する。.

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マンガン

マンガン(manganese 、manganum)は原子番号25の元素。元素記号は Mn。日本語カタカナ表記での名称のマンガンは Mangan をカタカナに変換したもので、日本における漢字表記の当て字は満俺である。.

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ネール温度

ネール温度(ネールおんど、Néel temperature, TN)とは、反強磁性体が常磁性へと転移する温度である。即ち、物質中の部分格子が有限の自発磁化を示す温度である。反強磁性体やその変形であるフェリ磁性の理論的研究を行ったルイ・ネールに由来する。ネールはこの磁性分野の研究における貢献で1970年にノーベル物理学賞を受賞した。ネール温度以上では物質は常磁性体として振る舞い、この温度以下では秩序相の発達と共に徐々に容易軸方向の磁化率は低下する。通常の反強磁性体であれば、困難軸方向の磁化はネール温度以下では温度依存が少なく、ほぼ定数と見なせる状態となる。 ネール温度は強磁性体が常磁性体へと転移するキュリー温度 TCに類似している。反強磁性体とよく似た磁気構造を持つフェリ磁性や弱強磁性の場合の転移温度に対してもこの語は用いられるが、これらの系においては転移点以下で自発磁化を示すことから、強磁性体と同じくキュリー温度の語を用いる場合もある。.

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ユウロピウム

ユウロピウム(europium)は、原子番号63の元素である。元素記号は Eu。地名のヨーロッパにちなんで名づけられた。希土類元素の1つで、ランタノイドにも属する。.

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ランタノイド

ランタノイド (lanthanoid) とは、原子番号57から71、すなわちランタンからルテチウムまでの15の元素の総称Shriver & Atkins (2001), p.12。。 「ランタン (lanthan)」+「-もどき (-oid)」という呼称からも分かるように、各々の性質がよく似ていることで知られる。 スカンジウム・イットリウムと共に希土類元素に分類される。周期表においてはアクチノイドとともに本体の表の下に脚注のような形で配置されるのが一般的である。.

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テルビウム

テルビウム (terbium) は原子番号65の元素。元素記号は Tb。スウェーデンの小さな町イッテルビー (Ytterby) にちなんで名づけられた。イッテルビーからは、テルビウムの他、イットリウム、イッテルビウム、エルビウムと合計四つの新元素が発見されている。これらの元素はいずれも、イッテルビー から名称の一部をとって命名された。希土類元素の一つ(ランタノイドにも属す)。.

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フェリ磁性

フェリ磁性(フェリじせい、)とは結晶中に逆方向やほぼ逆方向のスピンを持つ2種類の磁性イオンが存在し、互いの磁化の大きさが異なるために全体として磁化を持つ磁性のことである。 反強磁性の場合のように、結晶中の2種類の磁性イオンが互いに反平行やそれに近い逆向きに、微小な磁化方向、つまりスピンを持ち、これらの差分が外部に磁化となってあらわれたものがフェリ磁性である。スピンとは磁気モーメントとも呼ばれ、原子・分子の電子が量子力学的な意味での回転運動を行なう時に生じる磁力とされる。.

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エルビウム

ルビウム (erbium) は原子番号68の元素。元素記号は Er。希土類元素の一つ(ランタノイドにも属す)。灰色の金属で、常温、常圧で安定な結晶構造は六方最密充填構造 (HCP)。比重は9.05、融点は1497 ℃ (1529 ℃という実験値もあり)、沸点は2863 ℃ (2900 という実験値もあり)。空気中で表面が酸化され、高温で燃えて Er2O3 となる。水にゆっくりと溶ける。酸に易溶。ハロゲンと反応する。常温で常磁性を示す。安定な原子価は3価。.

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キュリー・ワイスの法則

'''反強磁性の磁化率の温度依存性'''右の常磁性領域がキュリー・ワイスの法則に従っている。(ただし正確には、容易軸・困難軸方向にわけた磁化率を測定しなければならない) キュリー・ワイスの法則(キュリー・ワイス則、Curie–Weiss law)とは、強磁性や反強磁性のキュリー点以上の温度における磁化率の振る舞いを説明する法則である。ピエール・ワイス (Pierre Weiss) が1907年に発表した分子場理論により求めた。 キュリー・ワイスの法則は \chi.

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ジスプロシウム

プロシウム (dysprosium、ディスプロシウムとも言うことあり) は原子番号66の元素。元素記号は Dy。希土類元素の一つ(ランタノイドにも属す)。きわめて偏在しており、現在99%が中国で産出されている。.

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スピントロニクス

ピントロニクス(spintronics)とは、固体中の電子が持つ電荷とスピンの両方を工学的に利用、応用する分野のこと。 スピンとエレクトロニクス(電子工学)から生まれた造語である。マグネットエレクトロニクス(magnetoelectronics)とも呼ばれるが、スピントロニクスの呼称の方が一般的である。 これまでのエレクトロニクスではほとんどの場合電荷の自由度のみが利用されてきたが、この分野においてはそれだけでなくスピンの自由度も利用しこれまでのエレクトロニクスでは実現できなかった機能や性能を持つデバイスが実現されている。この分野における代表的な例としては1988年に発見された巨大磁気抵抗効果があり、現在ハードディスクドライブのヘッドに使われている。.

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スピン角運動量

ピン角運動量(スピンかくうんどうりょう、spin angular momentum)は、量子力学上の概念で、粒子が持つ固有の角運動量である。単にスピンとも呼ばれる。粒子の角運動量には、スピン以外にも粒子の回転運動に由来する角運動量である軌道角運動量が存在し、スピンと軌道角運動量の和を全角運動量と呼ぶ。ここでいう「粒子」は電子やクォークなどの素粒子であっても、ハドロンや原子核や原子など複数の素粒子から構成される複合粒子であってもよい。 「スピン」という名称はこの概念が粒子の「自転」のようなものだと捉えられたという歴史的理由によるものであるが、現在ではこのような解釈は正しいとは考えられていない。なぜなら、スピンは古典極限 において消滅する為、スピンの概念に対し、「自転」をはじめとした古典的な解釈を付け加えるのは全くの無意味だからであるランダウ=リフシッツ小教程。 量子力学の他の物理量と同様、スピン角運動量は演算子を用いて定義される。この演算子(スピン角運動量演算子)は、スピンの回転軸の方向に対応して定義され、 軸、 軸、 軸方向のスピン演算子をそれぞれ\hat_x,\hat_y,\hat_z と書き表す。これらの演算子の固有値(=これら演算子に対応するオブザーバブルを観測したときに得られる値)は整数もしくは半整数である値 を用いて、 と書き表せる。値 は、粒子のみに依存して決まり、スピン演算子の軸の方向には依存せずに決まる事が知られている。この を粒子のスピン量子数という。 スピン量子数が半整数 になる粒子をフェルミオン、整数 になる粒子をボゾンといい、両者の物理的性質は大きく異る(詳細はそれぞれの項目を参照)。2016年現在知られている範囲において、.

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共立出版

共立出版株式会社(きょうりつしゅっぱん)は、理工系の専門書を中心に刊行している出版社。自然科学書協会、日本理学書総目録刊行会に加盟している。大学の教科書としてもよく使用され、大学生協との取引も多い。.

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磁化

磁化(じか、magnetization)とは、磁性体に外部磁場をかけたときに、その磁性体が磁気的に分極して磁石となる現象のこと。また、磁性体の磁化の程度を表す物理量も磁化と呼ぶ。磁気分極(magnetic polarization)とも呼ばれる。 強磁性体は磁場をかけて磁化させた後に磁場を取り除いた後も分極が残り永久磁石となる残留磁化と呼ばれる現象があるが、これも磁化と呼ぶ場合がある。.

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磁気モーメント

磁気モーメント(じきモーメント、)あるいは磁気能率とは、磁石の強さ(磁力の大きさ)とその向きを表すベクトル量である。外部にある磁場からもたらされる磁石にかかるねじる方向に働く力のベクトル量を指す。ループ状の電流や磁石、電子、分子、惑星などもそれぞれ磁気モーメントを持っている。 磁気モーメントは強さと方向を持ったベクトルと考えることができる。磁気モーメントの方向は磁石のS極からN極へ向いている。磁石がつくる磁場は磁気モーメントに比例する。正確には「磁気モーメント」とは一般的な磁場をしたときの1次項が生成する磁気双極子モーメントの系を言う。物体の磁場の双極子成分は磁気双極子モーメントの方向について対称であり、物体からの距離の −3 乗に比例して減少していく。 磁気モーメントは周囲に磁束を作る。 対になる磁極の強さを ±m とし、負極から正極を指すベクトルを d とする。磁気モーメント m はモーメントの名のとおり、m と d の積である。 磁力は電荷が移動することで発生する。回転する電荷は中心に位置する磁気モーメントと等価であり、その磁気モーメントは電荷のもつ角運動量と比例関係にある。.

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磁性

物理学において、磁性(じせい、magnetism)とは、物質が原子あるいは原子よりも小さいレベルで磁場に反応する性質であり、他の物質に対して引力や斥力を及ぼす性質の一つである。磁気(じき)とも言う。.

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立方晶系

立方晶系(りっぽうしょうけい、)は、7つの結晶系の1つ。対応するブラベー格子は、単純立方格子・体心立方格子・面心立方格子の3種類。 単位胞の軸と角はa1.

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酸化マンガン(II)

酸化マンガン(II)(さんかマンガン(II)、Manganese(II) oxide)は、化学式 MnO で表されるマンガンと酸素の化合物である。緑マンガン鉱として天然に産出される。.

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酸化ニッケル(II)

酸化ニッケル(II)(Nickel(II) oxide)は、化学式がNiOの無機化合物である。ニッケルの酸化物はこの他に酸化ニッケル(III)や二酸化ニッケルなどが報告されているが、酸化ニッケル(II)は唯一詳しい構造が判明しているニッケル酸化物である 。NiOの鉱物に黄褐色のブンゼナイトがあるが非常に稀少である。ニッケルを少量含み緑色に着色した鉱物は他にクリソプレーズ(緑玉髄)がある。.

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反強磁性体

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