Magnetism and Magnetic Materials

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1 Magnetism and Magnetic Materials
March 2003

2 Magnetism: Applications : Electricity and magnetism Modern Physics
Quantum physics Applications : Conventional applications Data storage applications Spin electronics (spintronics) applications

3 전자와 자성 근원: 전자의 궤도운동에 의한 자기쌍극자모멘트 + 전자의 스핀에 의한 자기 쌍극자모멘트
분류: 반자성(diamagnetic) 상자성(paramagnetic) 강자성(ferromagnetic)

4

5 전자의 자기모멘트 전자의 궤도운동에 의한 자기모멘트 Bohr 마그네톤 원운동주기 T=2π/ω 전하 –e 궤도운동에 의한 전류

6 스핀에 의한 자기모멘트= Bohr 궤도의 전자운동에의한

7 자성체의 분류 전자의 자기모멘트가 서로서로 상쇄되어 원자의 순 자기모멘트 반자성(diamagnetism)
가 없다 Ex)He, Ne, Ar 등의 불활성 기체, H2, N2 등의 다원자 기체 상자성체(paramagnetic), 강자성체(ferromaagnetic), 반강자성체(antiferromagnetic) 페리자성체(ferrimagnetic) 원자의 순 자기모멘트가 존재 4. 외부에서 자기장 인가, 유도기전력 생성(패러데이법칙)- 자기모멘트 값 변화 – 유도기전력은 외부자기장을 상쇄 시키는 방향으로 형성 – 반자성 완전이 상쇄되지 않는 경우 – 상자성 Fe, Co, Ni – 원자들이 서로 보강하는 방향으로 집단을 이루고 결합 - 강자성 전자들에 의한 자기모멘트들이 쌍으로 서로 상쇄 – 자기모멘트가 0인 경우-반자성 쌍을 이루지 못하는 전자 존재시 – 원자는 영구적인 자기 모멘트 1 H=0 원자의 자기모멘트 방향분포 랜덤 총 자기모멘트 합 0 – 상자성 2 원자의 자기모멘트 보강하는 방향으로 존재

8 Maxwell’ equations

9 Optics Spintronics Eletricity Magnetism

10 Photon Spintronics Electron Spin

11 자기감수율(magnetic susceptibility) & 상대투자율(relative permeability)
Bm:물질 내부유도 자기장

12 Cont’d 상자성체감수율: 반자성체감수율: 반자성체의 감 수율은 온도에 독립적

13 강자성: 외부 자기장이 없는 상태에서 자기모멘트 사이에 작용하는 exchange coupling 존재 Magnetic domain 내에서존재(1 mm)

14 How can we best represent the magnetic properties of ferromagnets?
Hysteresis M-H curve (B=0(H + M)

15 Temperature dependence of paramagnetic susceptibility
Curie law Coercivity Curie temperature Saturation magnetization etc.

16 Example 10 cm B=1T, r=10 cm, I=10 A 일때 자기모멘트와 방향을 구하시오