Anisotropía magnética - Magnetic anisotropy

En la física de la materia condensada , la anisotropía magnética describe cómo las propiedades magnéticas de un objeto pueden ser diferentes según la dirección . En el caso más simple, no existe una dirección preferencial para el momento magnético de un objeto . Responderá a un campo magnético aplicado de la misma manera, independientemente de la dirección en la que se aplique el campo. Esto se conoce como isotropía magnética . Por el contrario, los materiales magnéticamente anisotrópicos serán más fáciles o más difíciles de magnetizar según la forma en que se gire el objeto.

Para la mayoría de los materiales magnéticamente anisotrópicos, hay dos direcciones más fáciles para magnetizar el material, que son una rotación de 180 °. La línea paralela a estas direcciones se llama eje fácil . En otras palabras, el eje fácil es una dirección energéticamente favorable de magnetización espontánea . Debido a que las dos direcciones opuestas a lo largo de un eje fácil suelen ser igualmente fáciles de magnetizar, y la dirección real de magnetización puede establecerse fácilmente en cualquier dirección, lo que es un ejemplo de ruptura espontánea de la simetría .

La anisotropía magnética es un requisito previo para la histéresis en ferromagnetos : sin ella, un ferromagnético es superparamagnético .

Fuentes

La anisotropía magnética observada en un objeto puede ocurrir por varias razones diferentes. En lugar de tener una sola causa, la anisotropía magnética general de un objeto dado a menudo se explica por una combinación de estos diferentes factores:

Anisotropía magnetocristalina

La estructura atómica de un cristal introduce direcciones preferenciales para la magnetización .

Forma anisotropía

Cuando una partícula no es perfectamente esférica, el campo de desmagnetización no será igual en todas las direcciones, creando uno o más ejes fáciles.

Anisotropía magnetoelástica

La tensión puede alterar el comportamiento magnético, dando lugar a anisotropía magnética.

Anisotropía de intercambio

Ocurre cuando interactúan materiales antiferromagnéticos y ferromagnéticos .

A nivel molecular

Ejemplos de anisotropía magnética y NOE

La anisotropía magnética de un anillo de benceno (A), alqueno (B), carbonilo (C), alquino (D) y una molécula más compleja (E) se muestran en la figura. Cada uno de estos grupos funcionales insaturados (AD) crea un pequeño campo magnético y, por lo tanto, algunas regiones anisotrópicas locales (mostradas como conos) en las que los efectos de protección y los cambios químicos son inusuales. El compuesto bisazo (E) muestra que el protón designado {H} puede aparecer en diferentes desplazamientos químicos dependiendo del estado de fotoisomerización de los grupos azo. El isómero trans mantiene al protón {H} lejos del cono del anillo de benceno, por lo que la anisotropía magnética no está presente. Mientras que la forma cis mantiene el protón {H} en la vecindad del cono, lo protege y disminuye su desplazamiento químico. Este fenómeno habilita un nuevo conjunto de interacciones del efecto nuclear Overhauser (NOE) (mostradas en rojo) que llegan a existir además de las previamente existentes (mostradas en azul).

Imán de dominio único

Supongamos que un ferromagnético es de dominio único en el sentido más estricto: la magnetización es uniforme y gira al unísono. Si el momento magnético es y el volumen de la partícula es , la magnetización es , donde es la magnetización de saturación y son los cosenos de dirección (componentes de un vector unitario ) entonces . La energía asociada con la anisotropía magnética puede depender de la dirección de los cosenos de varias formas, las más comunes de las cuales se describen a continuación. ${\ Displaystyle \ scriptstyle {\ boldsymbol {\ mu}}}$${\ Displaystyle \ scriptstyle V}$${\ Displaystyle \ scriptstyle \ mathbf {M} = {\ boldsymbol {\ mu}} / V = ​​M_ {s} \ left (\ alpha, \ beta, \ gamma \ right)}$${\ Displaystyle \ scriptstyle M_ {s}}$${\ Displaystyle \ scriptstyle \ alpha, \ beta, \ gamma}$${\ Displaystyle \ scriptstyle \ alpha ^ {2} + \ beta ^ {2} + \ gamma ^ {2} = 1}$

Uniaxial

Una partícula magnética con anisotropía uniaxial tiene un eje fácil. Si el eje fácil está en la dirección, la energía de anisotropía se puede expresar como una de las formas: ${\ Displaystyle z}$

${\ Displaystyle E = KV \ left (1- \ gamma ^ {2} \ right) = KV \ sin ^ {2} \ theta,}$

donde es el volumen, la constante de anisotropía y el ángulo entre el eje fácil y la magnetización de la partícula. Cuando se considera explícitamente la anisotropía de forma, el símbolo se usa a menudo para indicar la constante de anisotropía, en lugar de . En el modelo de Stoner-Wohlfarth ampliamente utilizado , la anisotropía es uniaxial. ${\ Displaystyle \ scriptstyle V}$${\ Displaystyle \ scriptstyle K}$${\ Displaystyle \ scriptstyle \ theta}$${\ Displaystyle \ scriptstyle {\ mathcal {N}}}$${\ Displaystyle \ scriptstyle K}$

Triaxial

Una partícula magnética con anisotropía triaxial todavía tiene un solo eje fácil, pero también tiene un eje duro (dirección de máxima energía) y un eje intermedio (dirección asociada con un punto silla en la energía). Las coordenadas se pueden elegir para que la energía tenga la forma

${\ Displaystyle E = K_ {a} V \ alpha ^ {2} + K_ {b} V \ beta ^ {2}.}$

Si el eje fácil es la dirección, el eje intermedio es la dirección y el eje duro es la dirección. ${\ Displaystyle \ scriptstyle K_ {a}> K_ {b}> 0,}$${\ Displaystyle z}$${\ Displaystyle y}$${\ Displaystyle x}$

Cúbico

Una partícula magnética con anisotropía cúbica tiene tres o cuatro ejes fáciles, dependiendo de los parámetros de anisotropía. La energía tiene la forma

${\ Displaystyle E = KV \ left (\ alpha ^ {2} \ beta ^ {2} + \ beta ^ {2} \ gamma ^ {2} + \ gamma ^ {2} \ alpha ^ {2} \ right) .}$

Si los ejes fáciles son los ejes y . Si hay cuatro ejes fáciles caracterizados por . ${\ Displaystyle \ scriptstyle K> 0,}$${\ Displaystyle x, y,}$${\ Displaystyle z}$${\ Displaystyle \ scriptstyle K <0,}$${\ Displaystyle x = \ pm y = \ pm z}$

Referencias

Otras lecturas