anisotropía magnética

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

Para la mayoría de los materiales magnéticamente anisotrópicos, existen dos direcciones más fáciles para magnetizar el material, separadas por una rotación de 180°. La línea paralela a estas direcciones se denomina eje fácil . En otras palabras, el eje fácil es una dirección energéticamente favorable para la magnetización espontánea . Dado que las dos direcciones opuestas a lo largo de un eje fácil suelen ser igualmente fáciles de magnetizar, la dirección real de magnetización puede estabilizarse con la misma facilidad en cualquiera de ellas, lo que constituye un ejemplo de ruptura espontánea de simetría .

La anisotropía magnética es un requisito previo para la histéresis en los ferromagnetos : sin ella, un ferromagneto es superparamagnético . ^{[ 1 ]}

Fuentes

La anisotropía magnética observada en un objeto puede deberse a varias razones diferentes. En lugar de tener una sola causa, la anisotropía magnética general de un objeto dado suele explicarse por una combinación de estos diferentes factores: ^{[ 2 ]}

anisotropía magnetocristalina: La estructura atómica de un cristal introduce direcciones preferenciales para la magnetización .
Anisotropía de forma: Cuando una partícula no es perfectamente esférica, el campo desmagnetizante no será igual en todas las direcciones, creando uno o más ejes de fácil magnetización.
anisotropía magnetoelástica: La tensión puede alterar el comportamiento magnético, lo que da lugar a la anisotropía magnética.
anisotropía de intercambio: Ocurre cuando interactúan materiales antiferromagnéticos y ferromagnéticos . ^{[ 3 ]}

A nivel molecular

La anisotropía magnética de un anillo de benceno (A), un alqueno (B), un carbonilo (C), un alquino (D) y una molécula más compleja (E) se muestra 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 apantallamiento y los desplazamientos 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. ^{[ 4 ]} El isómero trans mantiene el protón {H} lejos del cono del anillo de benceno, por lo que no hay anisotropía magnética. Mientras que la forma cis mantiene el protón {H} cerca del cono, lo apantalla y disminuye su desplazamiento químico. ^{[ 4 ]} Este fenómeno permite un nuevo conjunto de interacciones del efecto Overhauser nuclear (NOE) (mostradas en rojo) que surgen además de las previamente existentes (mostradas en azul).

imán de dominio único

Supongamos que un ferromagneto es monodominio en el sentido más estricto: la magnetización es uniforme y gira al unísono. Si el momento magnético es ${\boldsymbol {\mu }}$ y el volumen de la partícula es $V$ , la magnetización es $\mathbf {M} ={\boldsymbol {\mu }}/V=M_{s}\left(\alpha ,\beta ,\gamma \right)$ , dónde $M_{s}$ es la magnetización de saturación y $\alpha ,\beta ,\gamma$ son cosenos directores (componentes de un vector unitario ) por lo tanto $\alpha ^{2}+\beta ^{2}+\gamma ^{2}=1$ La energía asociada a la anisotropía magnética puede depender de los cosenos directores de diversas maneras, las más comunes de las cuales se describen a continuación.

Uniaxial

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

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

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

Triaxial

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

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

Si $K_{a}>K_{b}>0,$ El eje fácil es el $z$ dirección, el eje intermedio es el $y$ dirección y el eje rígido es el $x$ dirección. ^{[ 5 ]}

Cúbico

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

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

Si $K>0,$ Los ejes fáciles son los $x,y,$ y $z$ ejes. Si $K<0,$ Hay cuatro ejes fáciles caracterizados por $x=\pm y=\pm z$ .

Véase también

Anisotropía de fluorescencia

Referencias

^ Aharoni, Amikam (1996). Introducción a la Teoría del Ferromagnetismo . Prensa de Clarendon . ISBN 978-0-19-851791-7.
↑ McCaig, Malcolm (1977). Imanes permanentes en teoría y práctica . Pentech Press. ISBN 978-0-7273-1604-2.
↑ Meiklejohn, WH; Bean, CP (1957-02-03). "Nueva anisotropía magnética". Physical Review . 105 (3): 904– 913. Bibcode : 1957PhRv..105..904M . doi : 10.1103/PhysRev.105.904 .
^ Kazem -Rostami, Masoud; Akhmedov, Novruz G.; Faramarzi, Sadegh (2019). "Estudios espectroscópicos y computacionales de la fotoisomerización de análogos de bases bisazo Tröger". Revista de estructura molecular . 1178 : 538– 543. Código bibliográfico : 2019JMoSt1178..538K . doi : 10.1016/j.molstruc.2018.10.071 . S2CID 105312344 .
↑ Donahue, Michael J.; Porter, Donald G. (2002). "Análisis de la conmutación en cuerpos uniformemente magnetizados". IEEE Transactions on Magnetics . 38 (5): 2468– 2470. Bibcode : 2002ITM....38.2468D . CiteSeerX 10.1.1.6.6007 . doi : 10.1109/TMAG.2002.803616 .

Lecturas adicionales

Tyablikov, SV (1995). Métodos en la teoría cuántica del magnetismo (Traducido al inglés) (1.ª ed.). Springer . ISBN 978-0-306-30263-3.

[1] Aharoni, Amikam (1996). Introducción a la Teoría del Ferromagnetismo . Prensa de Clarendon . ISBN 978-0-19-851791-7.

[2] McCaig, Malcolm (1977). Imanes permanentes en teoría y práctica . Pentech Press. ISBN 978-0-7273-1604-2.

[3] Meiklejohn, WH; Bean, CP (1957-02-03). "Nueva anisotropía magnética". Physical Review . 105 (3): 904– 913. Bibcode : 1957PhRv..105..904M . doi : 10.1103/PhysRev.105.904 .

[:0-4] Kazem -Rostami, Masoud; Akhmedov, Novruz G.; Faramarzi, Sadegh (2019). "Estudios espectroscópicos y computacionales de la fotoisomerización de análogos de bases bisazo Tröger". Revista de estructura molecular . 1178 : 538– 543. Código bibliográfico : 2019JMoSt1178..538K . doi : 10.1016/j.molstruc.2018.10.071 . S2CID 105312344 .

[5] Donahue, Michael J.; Porter, Donald G. (2002). "Análisis de la conmutación en cuerpos uniformemente magnetizados". IEEE Transactions on Magnetics . 38 (5): 2468– 2470. Bibcode : 2002ITM....38.2468D . CiteSeerX 10.1.1.6.6007 . doi : 10.1109/TMAG.2002.803616 .

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