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Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 1
15. Magnetische Eigenschaften der Festkörper
Magnetit [ mineralienatlas.de ]
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Ursachen des Magnetismus
Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 2
Quasigebundene und quasifreie Elektronen
Magnetische Momente der Atome:BahnmagnetismusSpin
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[W. Brewer]
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[W. Brewer]
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[W. Brewer]
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[W. Brewer]
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[W. Brewer]
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[W. Brewer]
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Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 9
15.2. Para- und Diamagnetismus
Permeabilität Suszeptibilität Temperaturabhängigkeit
(Curietemperatur) Idealer Diamagnetismus bei
Supraleitern
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[W. Brewer]
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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:
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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 ]
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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.
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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 ]
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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
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Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 16
Pauli-Paramagnetismus
[ Bergmann/Schäfer ]
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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 ]
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Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 18
Pauli-Paramagnetismus
[ Hunklinger ]
![Page 19: Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/141 15. Magnetische Eigenschaften der Festkörper Magnetit [ mineralienatlas.de ]](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d8449795902118d8cb1/html5/thumbnails/19.jpg)
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 ]
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Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 20
[W. Brewer]
![Page 21: Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/141 15. Magnetische Eigenschaften der Festkörper Magnetit [ mineralienatlas.de ]](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d8449795902118d8cb1/html5/thumbnails/21.jpg)
Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 21
Diamagnetische Levitation
[http://www.hfml.science.ru.nl/levitation-movies.html ]
![Page 22: Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/141 15. Magnetische Eigenschaften der Festkörper Magnetit [ mineralienatlas.de ]](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d8449795902118d8cb1/html5/thumbnails/22.jpg)
Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 22
Diamagnetische Levitation
[http://www.hfml.science.ru.nl/levitation-movies.html ]
![Page 23: Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/141 15. Magnetische Eigenschaften der Festkörper Magnetit [ mineralienatlas.de ]](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d8449795902118d8cb1/html5/thumbnails/23.jpg)
Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 23
[ G. Hilscher ]
![Page 24: Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/141 15. Magnetische Eigenschaften der Festkörper Magnetit [ mineralienatlas.de ]](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d8449795902118d8cb1/html5/thumbnails/24.jpg)
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
![Page 25: Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/141 15. Magnetische Eigenschaften der Festkörper Magnetit [ mineralienatlas.de ]](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d8449795902118d8cb1/html5/thumbnails/25.jpg)
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 ]
![Page 26: Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/141 15. Magnetische Eigenschaften der Festkörper Magnetit [ mineralienatlas.de ]](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d8449795902118d8cb1/html5/thumbnails/26.jpg)
Barkhausen-Versuch
Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 26
[ R. Schäfer ]
![Page 27: Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/141 15. Magnetische Eigenschaften der Festkörper Magnetit [ mineralienatlas.de ]](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d8449795902118d8cb1/html5/thumbnails/27.jpg)
Barkhausen-Versuch: Sättigung – keine Sprünge
Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 27
[ R. Schäfer ]
![Page 28: Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/141 15. Magnetische Eigenschaften der Festkörper Magnetit [ mineralienatlas.de ]](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d8449795902118d8cb1/html5/thumbnails/28.jpg)
Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 28
Austauschenergie
[ H. Zabel ]
![Page 29: Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/141 15. Magnetische Eigenschaften der Festkörper Magnetit [ mineralienatlas.de ]](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d8449795902118d8cb1/html5/thumbnails/29.jpg)
Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 29
Austauschenergie
[ Bergmann/Schäfer ]
![Page 30: Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/141 15. Magnetische Eigenschaften der Festkörper Magnetit [ mineralienatlas.de ]](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d8449795902118d8cb1/html5/thumbnails/30.jpg)
Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 30
Ising-Modell
[ H. Zabel ]
![Page 31: Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/141 15. Magnetische Eigenschaften der Festkörper Magnetit [ mineralienatlas.de ]](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d8449795902118d8cb1/html5/thumbnails/31.jpg)
Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 31
[W. Brewer]
![Page 32: Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/141 15. Magnetische Eigenschaften der Festkörper Magnetit [ mineralienatlas.de ]](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d8449795902118d8cb1/html5/thumbnails/32.jpg)
Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 32
[ H. Zabel ]
![Page 33: Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/141 15. Magnetische Eigenschaften der Festkörper Magnetit [ mineralienatlas.de ]](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d8449795902118d8cb1/html5/thumbnails/33.jpg)
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 1404
Fe 1043
Ni 631
Gd 289
V2A < TRT
TC
χ
T
r
C
C
T T1
Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14
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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
[V
sm-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:
![Page 35: Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/141 15. Magnetische Eigenschaften der Festkörper Magnetit [ mineralienatlas.de ]](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d8449795902118d8cb1/html5/thumbnails/35.jpg)
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)
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Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 36
[ R. Gross ]
![Page 37: Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/141 15. Magnetische Eigenschaften der Festkörper Magnetit [ mineralienatlas.de ]](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d8449795902118d8cb1/html5/thumbnails/37.jpg)
Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 37
[W. Brewer]
![Page 38: Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/141 15. Magnetische Eigenschaften der Festkörper Magnetit [ mineralienatlas.de ]](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d8449795902118d8cb1/html5/thumbnails/38.jpg)
Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 38
[W. Brewer]
![Page 39: Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/141 15. Magnetische Eigenschaften der Festkörper Magnetit [ mineralienatlas.de ]](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d8449795902118d8cb1/html5/thumbnails/39.jpg)
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 ]
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Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 40
[ R. Gross ]
![Page 41: Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/141 15. Magnetische Eigenschaften der Festkörper Magnetit [ mineralienatlas.de ]](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d8449795902118d8cb1/html5/thumbnails/41.jpg)
Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 41
[ H. Zabel ]
![Page 42: Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/141 15. Magnetische Eigenschaften der Festkörper Magnetit [ mineralienatlas.de ]](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d8449795902118d8cb1/html5/thumbnails/42.jpg)
Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 42
[ R. Gross ]
![Page 43: Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/141 15. Magnetische Eigenschaften der Festkörper Magnetit [ mineralienatlas.de ]](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d8449795902118d8cb1/html5/thumbnails/43.jpg)
Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 43
[ H. Zabel ]
![Page 44: Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/141 15. Magnetische Eigenschaften der Festkörper Magnetit [ mineralienatlas.de ]](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062512/55204d8449795902118d8cb1/html5/thumbnails/44.jpg)
Prof. Dr. Paul Seidel VL Festkörper MaWi WS 2013/14 44