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Propiedades magnéticas de los sólidos

Sólidos Inorgánicos - 2006

Clasificación de los materiales magnéticos

►Diamagnéticos►Paramagnéticos►Antiferromagnéticos►Ferromagnéticos►Ferrimagnéticos Imanes

Diamagnetismo y paramagnetismo

B = H + ∆H

H : campo magnéticoB : inducción magnética

∆H = 4 π M

M : magnetización

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Permeabilidad y susceptibilidad magnéticas

χπ+=

π+=

π+=

4 1

41

4

P

HM

HB

MHB

( ) MM

g

PF Vd

d

χ=⋅χ=χ

χ=χ

Unidades en magnetismo

cm3mol-1m3mol-1susceptibilidad molar

cm3g-1m3kg-1susceptibilidad gramo

adimensionaladimensionalsusceptibilidad de volumen

gaussTeslainducción magnética *

oerstedAm-1campo magnético

unidad cgs emuunidad SImagnitud

* 1 T = 105 gauss

Diamagnetismo

► χ < 0 (B < H )

►~ 10-6 cm3mol-1

► Independiente de T y H

► Propiedad general que exhiben todas las sustancias

►Origen: circulación de los electrones apareados inducida por H

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Paramagnetismo

► χ > 0 (B > H)

► 0 - 10-4 cm3mol-1

► Sustancias con electrones desapareados

►Origen: momento angular de los electrones desapareados

► Independiente de H (para campos pequeños), dependiente de T

Balanza de Gouy

Curva de magnetización para una sustancia paramagnética sencilla

PD χ+χ=χ

∂∂=χ

→T

H HM

0lim

4

Dependencia de la susceptibilidad con la temperatura

χ

T

► Ley de Curie:

► Ley de Curie-Weiss

TC=χ

Θ−=χ

TC

Momento magnético efectivo

( ) ( )

( )1

82792321

212

1

+≈µ

χ=χ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=µ

SSg

TTNk

eff

eff ,

Unidades de µ: magnetones de Bohr (β)(1β = 0,927 x 10-20 erg gaus-1)

Interacción entre centros magnéticos

antiferromagnetismo ferromagnetismo

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Antiferromagnetismo

►χ > 0

►Origen: alineación antiparalela de los momentos electrónicos

►Magnitud: 0 -10-4 cm3mol-1

►Dependiente de T y H

Ferromagnetismo

►χ > 0

►Origen: alineación paralela de los momentos electrónicos

►Magnitud: ~ 10-2 – 106 cm3mol-1

►Dependiente de T y H

Propiedades magnéticas de los elementos a temperatura ambiente

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Acoplamiento antiferromagnético en el NiO

Ordenamiento ferromagnético en α-Fe, Ni y Co

Anisotropía magnetocristalina en el cobalto

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Origen del magnetismo en metales: paramagnetismo de Pauli y

ferromagnetismo

Temperaturas de Curie para algunos ferroimanes

16,5EuS77EuO37CrBr3

392CrO2

293Gd1043FeTc / Kmaterial

Origen del magnetismo en aislantes

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► acoplamiento antiferromagnético de dos subredes no equivalentes

► Ferritas (espinelas inversas), granates, etc

Ferrimagnetismo

MA

MB

M = MA - MB

MIIM’ III2O4 FeIIFeIII

2O4 (magnetita)A3B2X3O12 YIII

3FeIII5O12 (YIG)

A3B2X3O12

A: divalente(verde)

B: trivalente(azul)

Representaciones esquemáticas de los dominios magnéticos

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Movimiento de una pared de dominio

Ciclo de histéresis en una sustancia ferromagnética

Materiales magnéticos blandos

► campo coercitivo pequeño, alta permeabilidad

► aleaciones Fe-Si, vidrios metálicos, aleaciones Ni-Fe

► núcleos para transformadores, motores eléctricos, generadores

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Materiales magnéticos duros

► campo coercitivo elevado, alta magnetización remanente

► aleaciones Alnico, aleaciones de tierras raras, ferritas de bario y estroncio

► imanes permanentes

Desarrollo de imanes permanentes durante el siglo XX

Imanes en dispositivos de almacenamiento de información

►cabezales de grabación: Permalloy, vidrios

metálicos, ferritas blandas (MO·Fe2O3)

►cintas de audio y video, discos de

computadora: CrO2, Fe2O3, filmes metálicos

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Esquema del proceso de fabricación de una cinta magnética

Sistema de escritura-lectura de datos

Grabación longitudinal vs. perpendicular

Capacidad de almacenamiento: ~ 80Gbits/cm2