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Temperatura de Curie

Figura 1. Por debajo de la temperatura de Curie, los espines magnéticos vecinos se alinean paralelamente entre sí en un ferromagneto en ausencia de un campo magnético aplicado ....

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Figura 1. Por debajo de la temperatura de Curie, los espines magnéticos vecinos se alinean paralelamente entre sí en un ferromagneto en ausencia de un campo magnético aplicado .
Figura 2. Por encima de la temperatura de Curie, los espines magnéticos se alinean aleatoriamente en un paramagneto a menos que se aplique un campo magnético.

En física y ciencia de los materiales , la temperatura de Curie ( T C ), o punto de Curie , es la temperatura por encima de la cual ciertos materiales pierden sus propiedades magnéticas permanentes , las cuales pueden (en la mayoría de los casos) ser reemplazadas por magnetismo inducido . La temperatura de Curie recibe su nombre de Pierre Curie , quien demostró que el magnetismo se pierde a una temperatura crítica. [ 1 ]

La fuerza del magnetismo está determinada por el momento magnético , un momento dipolar dentro de un átomo que se origina a partir del momento angular y el espín de los electrones. Los materiales presentan diferentes estructuras de momentos magnéticos intrínsecos que dependen de la temperatura; la temperatura de Curie es el punto crítico en el que los momentos magnéticos intrínsecos de un material cambian de dirección.

El magnetismo permanente se produce por la alineación de momentos magnéticos, y el magnetismo inducido se crea cuando los momentos magnéticos desordenados se ven obligados a alinearse en un campo magnético aplicado. Por ejemplo, los momentos magnéticos ordenados ( ferromagnéticos , Figura 1) cambian y se desordenan ( paramagnéticos , Figura 2) a la temperatura de Curie. Las temperaturas más altas debilitan los imanes, ya que el magnetismo espontáneo solo ocurre por debajo de la temperatura de Curie. La susceptibilidad magnética por encima de la temperatura de Curie se puede calcular a partir de la ley de Curie-Weiss , que se deriva de la ley de Curie .

De forma análoga a los materiales ferromagnéticos y paramagnéticos, la temperatura de Curie también puede utilizarse para describir la transición de fase entre la ferroelectricidad y la paraelectricidad . En este contexto, el parámetro de orden es la polarización eléctrica que pasa de un valor finito a cero cuando la temperatura supera la temperatura de Curie.

Temperaturas de Curie de los materiales

Historia

Que el calentamiento destruye el magnetismo ya se describió en De Magnete (1600):

Las limaduras de hierro, tras ser calentadas durante mucho tiempo, son atraídas por un imán, aunque no con tanta fuerza ni desde tan lejos como cuando no están calentadas. Un imán pierde parte de su eficacia con un calor excesivo, pues se libera su magnetismo, alterando así su naturaleza particular. (Libro 2, Capítulo 23).

En 1895, Pierre Curie utilizó potentes imanes y balanzas de precisión para estudiar la transición de fase magnética (ahora llamada punto de Curie o temperatura de Curie). También propuso la ley de Curie . [ 6 ]

En 1911, Pierre Weiss formuló su ley de Curie-Weiss para explicar esta transición. [ 6 ]

momentos magnéticos

A nivel atómico, existen dos contribuyentes al momento magnético : el momento magnético electrónico y el momento magnético nuclear . De estos dos, el momento magnético electrónico es el dominante, mientras que el momento magnético nuclear es insignificante. A temperaturas más elevadas, los electrones poseen mayor energía térmica. Esto produce un efecto aleatorio en los dominios magnéticos alineados, lo que conlleva la ruptura del orden y el fenómeno del punto de Curie. [ 7 ] [ 8 ]

Los materiales ferromagnéticos , paramagnéticos , ferrimagnéticos y antiferromagnéticos presentan estructuras de momento magnético intrínsecas diferentes. A la temperatura de Curie específica de un material ( T C ), estas propiedades cambian. La transición de antiferromagnético a paramagnético (o viceversa) se produce a la temperatura de Néel ( T N ), que es análoga a la temperatura de Curie.

Materiales con momentos magnéticos que cambian de propiedades a la temperatura de Curie.

Las estructuras ferromagnéticas, paramagnéticas, ferrimagnéticas y antiferromagnéticas están formadas por momentos magnéticos intrínsecos. Si todos los electrones dentro de la estructura están apareados, estos momentos se cancelan debido a sus espines y momentos angulares opuestos. Por lo tanto, incluso con un campo magnético aplicado, estos materiales tienen propiedades diferentes y no presentan temperatura de Curie. [ 9 ] [ 10 ]

Paramagnético

Un material es paramagnético solo por encima de su temperatura de Curie. Los materiales paramagnéticos son no magnéticos en ausencia de un campo magnético y magnéticos cuando se aplica un campo magnético. En ausencia de un campo magnético, el material presenta momentos magnéticos desordenados; es decir, los momentos magnéticos son asimétricos y no están alineados. En presencia de un campo magnético, los momentos magnéticos se realinean temporalmente en paralelo al campo aplicado; [ 11 ] [ 12 ] los momentos magnéticos son simétricos y están alineados. [ 13 ] La alineación de los momentos magnéticos en la misma dirección es lo que causa un campo magnético inducido. [ 13 ] [ 14 ]

Para el paramagnetismo, esta respuesta a un campo magnético aplicado es positiva y se conoce como susceptibilidad magnética . [ 9 ] La susceptibilidad magnética solo se aplica por encima de la temperatura de Curie para estados desordenados. [ 15 ]

Las fuentes de paramagnetismo (materiales que tienen temperaturas de Curie) incluyen: [ 16 ]

  • Todos los átomos que tienen electrones desapareados;
  • Átomos que tienen capas internas incompletas en electrones;
  • radicales libres ;
  • Rieles.

Por encima de la temperatura de Curie, los átomos se excitan y las orientaciones de espín se aleatorizan [ 10 ] , pero pueden realinearse mediante un campo aplicado; es decir, el material se vuelve paramagnético. Por debajo de la temperatura de Curie, la estructura intrínseca ha experimentado una transición de fase [ 17 ] , los átomos se ordenan y el material es ferromagnético [ 13 ] . Los campos magnéticos inducidos en los materiales paramagnéticos son muy débiles en comparación con los campos magnéticos de los materiales ferromagnéticos [ 17 ] .

Ferromagnético

Los materiales son ferromagnéticos únicamente por debajo de sus temperaturas de Curie correspondientes. Los materiales ferromagnéticos son magnéticos en ausencia de un campo magnético aplicado.

En ausencia de un campo magnético, el material presenta magnetización espontánea , que es resultado de los momentos magnéticos ordenados; es decir, en el caso del ferromagnetismo, los átomos son simétricos y están alineados en la misma dirección, creando un campo magnético permanente.

Las interacciones magnéticas se mantienen unidas por interacciones de intercambio ; de lo contrario, el desorden térmico superaría las interacciones débiles de los momentos magnéticos. La interacción de intercambio tiene una probabilidad cero de que los electrones paralelos ocupen el mismo punto en el tiempo, lo que implica una alineación paralela preferida en el material. [ 18 ] El factor de Boltzmann contribuye en gran medida, ya que prefiere que las partículas interactuantes se alineen en la misma dirección. [ 19 ] Esto hace que los ferromagnetos tengan campos magnéticos fuertes y altas temperaturas de Curie de alrededor de 1000 K (730 °C) . [ 20 ]  

Por debajo de la temperatura de Curie, los átomos están alineados y paralelos, lo que provoca magnetismo espontáneo; el material es ferromagnético. Por encima de la temperatura de Curie, el material es paramagnético, ya que los átomos pierden sus momentos magnéticos ordenados cuando el material experimenta una transición de fase. [ 17 ]

Ferrimagnético

Los materiales son ferrimagnéticos únicamente por debajo de su temperatura de Curie correspondiente. Los materiales ferrimagnéticos son magnéticos en ausencia de un campo magnético aplicado y están compuestos por dos iones diferentes . [ 21 ]

En ausencia de un campo magnético, el material presenta magnetismo espontáneo, resultado de momentos magnéticos ordenados; es decir, en el ferrimagnetismo, los momentos magnéticos de un ion se alinean en una dirección con una magnitud determinada, mientras que los del otro ion se alinean en la dirección opuesta con una magnitud diferente. Dado que los momentos magnéticos tienen magnitudes distintas y se encuentran en direcciones opuestas, persiste el magnetismo espontáneo y, por consiguiente, existe un campo magnético. [ 21 ]

De forma similar a los materiales ferromagnéticos, las interacciones magnéticas se mantienen unidas por interacciones de intercambio. Sin embargo, las orientaciones de los momentos son antiparalelas, lo que da como resultado un momento neto al restar sus momentos entre sí. [ 21 ]

Por debajo de la temperatura de Curie, los átomos de cada ion se alinean antiparalelamente con diferentes momentos, lo que provoca un magnetismo espontáneo; el material es ferrimagnético. Por encima de la temperatura de Curie, el material es paramagnético, ya que los átomos pierden sus momentos magnéticos ordenados al experimentar el material una transición de fase. [ 21 ]

Antiferromagnético y la temperatura de Néel

Los materiales son antiferromagnéticos únicamente por debajo de su temperatura de Néel o temperatura de ordenamiento magnético , T N. Esto es similar a la temperatura de Curie, ya que por encima de la temperatura de Néel el material experimenta una transición de fase y se vuelve paramagnético. Es decir, la energía térmica se vuelve lo suficientemente grande como para destruir el ordenamiento magnético microscópico dentro del material. [ 22 ] Recibe su nombre de Louis Néel (1904-2000), quien recibió el Premio Nobel de Física de 1970 por su trabajo en este campo.

El material presenta momentos magnéticos iguales alineados en direcciones opuestas, lo que resulta en un momento magnético nulo y un magnetismo neto de cero a todas las temperaturas inferiores a la temperatura de Néel. Los materiales antiferromagnéticos son débilmente magnéticos en ausencia o presencia de un campo magnético aplicado.

De forma similar a los materiales ferromagnéticos, las interacciones magnéticas se mantienen unidas por interacciones de intercambio que impiden que el desorden térmico supere las interacciones débiles de los momentos magnéticos. [ 18 ] [ 23 ] Cuando se produce desorden, es a la temperatura de Néel. [ 23 ]

A continuación se enumeran las temperaturas de Néel de varios materiales: [ 24 ]

Ley de Curie-Weiss

La ley de Curie-Weiss es una versión adaptada de la ley de Curie .

La ley de Curie-Weiss es un modelo simple derivado de una aproximación de campo medio , lo que significa que funciona bien para temperaturas de los materiales, T , mucho mayores que su temperatura de Curie correspondiente, T C , es decir , T ≫ T C ; sin embargo, no logra describir la susceptibilidad magnética , χ , en la proximidad inmediata del punto de Curie debido a las correlaciones en las fluctuaciones de los momentos magnéticos vecinos. [ 26 ]

Ni la ley de Curie ni la ley de Curie-Weiss se cumplen para T < T C .

Ley de Curie para un material paramagnético: [ 27 ]

χ=METROH=METROμ0B=doT{\displaystyle \chi ={\frac {M}{H}}={\frac {M\mu _{0}}{B}}={\frac {C}{T}}}

La constante de Curie C se define como [ 28 ]do=μ0μB23kBnorteAgramo2J(J+1){\displaystyle C={\frac {\mu _{0}\mu _{\mathrm {B} }^{2}}{3k_{\mathrm {B} }}}N_{\text{A}}g^{2}J(J+1)}

La ley de Curie-Weiss se deriva entonces de la ley de Curie de la siguiente manera:

χ=doT−Tdo{\displaystyle \chi ={\frac {C}{T-T_{\mathrm {C} }}}}

dónde:

Tdo=doλμ0{\displaystyle T_{\mathrm {C} }={\frac {C\lambda }{\mu _{0}}}}

λ es la constante del campo molecular de Weiss. [ 28 ] [ 30 ]

Para la derivación completa, véase la ley de Curie-Weiss .

Física

Acercándose a la temperatura de Curie desde arriba

Como la ley de Curie-Weiss es una aproximación, se necesita un modelo más preciso cuando la temperatura, T , se acerca a la temperatura de Curie del material, T C.

La susceptibilidad magnética se produce por encima de la temperatura de Curie.

Un modelo preciso del comportamiento crítico para la susceptibilidad magnética con exponente crítico γ :

χ∼1(T−Tdo)γ{\displaystyle \chi \sim {\frac {1}{{\left(T-T_{\mathrm {C} }\right)}^{\gamma }}}}

El exponente crítico difiere entre materiales y para el modelo de campo medio se toma como γ  =  1. [ 31 ]

Como la temperatura es inversamente proporcional a la susceptibilidad magnética, cuando T se aproxima a T C el denominador tiende a cero y la susceptibilidad magnética tiende a infinito, lo que permite que se produzca magnetismo. Este es un magnetismo espontáneo, una propiedad de los materiales ferromagnéticos y ferrimagnéticos. [ 32 ] [ 33 ]

Acercándose a la temperatura de Curie desde abajo

Dependencia de la temperatura del desdoblamiento hiperfino , que es un indicador de la magnetización. Medido en cobalto mediante dispersión cuasielástica de neutrones . En el recuadro, una gráfica logarítmica en función de Tc-T, la ley de potencia crítica aparece como una línea recta. [ 34 ]

El magnetismo depende de la temperatura y el magnetismo espontáneo ocurre por debajo de la temperatura de Curie. Un modelo preciso del comportamiento crítico para el magnetismo espontáneo con exponente crítico β :

METRO∼(Tdo−T)β{\displaystyle M\sim (T_{\mathrm {C} }-T)^{\beta }}

El exponente crítico difiere entre materiales y para el modelo de campo medio se toma como β  = 1 / 2 donde T ≪ T C . [ 31 ] 

El magnetismo espontáneo tiende a cero a medida que la temperatura aumenta hacia la temperatura de Curie del material.

Acercándose al cero absoluto (0 kelvin)

El magnetismo espontáneo, presente en materiales ferromagnéticos, ferrimagnéticos y antiferromagnéticos, tiende a cero a medida que la temperatura aumenta hacia la temperatura de Curie del material. El magnetismo espontáneo alcanza su máximo cuando la temperatura se aproxima a 0 K.  [ 35 ] Es decir, los momentos magnéticos están completamente alineados y presentan su máxima magnitud de magnetismo debido a la ausencia de perturbaciones térmicas.

En los materiales paramagnéticos, la energía térmica es suficiente para superar las alineaciones ordenadas. A medida que la temperatura se aproxima a 0  K, la entropía disminuye hasta cero, es decir, el desorden disminuye y el material se ordena. Esto ocurre sin la presencia de un campo magnético aplicado y obedece a la tercera ley de la termodinámica . [ 18 ]

Tanto la ley de Curie como la ley de Curie-Weiss dejan de ser válidas cuando la temperatura se aproxima a 0  K. Esto se debe a que dependen de la susceptibilidad magnética, que solo se aplica cuando el estado está desordenado. [ 36 ]

El sulfato de gadolinio sigue satisfaciendo la ley de Curie a 1  K. Entre 0 y 1  K, la ley deja de cumplirse y se produce un cambio repentino en la estructura intrínseca a la temperatura de Curie. [ 37 ]

Modelo de Ising de transiciones de fase

El modelo de Ising se basa matemáticamente y puede analizar los puntos críticos de las transiciones de fase en el orden ferromagnético debido a los espines de los electrones con magnitudes de ± 1/2 . Los espines interactúan con sus electrones dipolares vecinos en la estructura y, en este caso , el modelo de Ising puede predecir su comportamiento entre sí. [ 38 ] [ 39 ]

Este modelo es importante para resolver y comprender los conceptos de transiciones de fase y, por lo tanto, para calcular la temperatura de Curie. Como resultado, se pueden analizar diversas dependencias que afectan a la temperatura de Curie.

Por ejemplo, las propiedades superficiales y volumétricas dependen de la alineación y la magnitud de los espines, y el modelo de Ising puede determinar los efectos del magnetismo en este sistema.

Cabe señalar que, en 1D, la temperatura de Curie (crítica) para una transición de fase de orden magnético se encuentra a temperatura cero, es decir, el orden magnético se manifiesta solo a T = 0. En 2D, la temperatura crítica, por ejemplo, una magnetización finita, se puede calcular resolviendo la desigualdad:

METRO=(1−sinh−4⁡(2βJ))1/8>0.{\displaystyle M=(1-\sinh ^{-4}(2\beta J))^{1/8}>0.}

Dominios de Weiss y temperaturas de Curie superficiales y volumétricas

Figura 3. Dominios de Weiss en un material ferromagnético; los momentos magnéticos están alineados en los dominios.

Las estructuras de los materiales consisten en momentos magnéticos intrínsecos que se separan en dominios llamados dominios de Weiss . [ 40 ] Esto puede resultar en que los materiales ferromagnéticos no tengan magnetismo espontáneo, ya que los dominios podrían equilibrarse entre sí. [ 40 ] Por lo tanto, la posición de las partículas puede tener orientaciones diferentes alrededor de la superficie que en la parte principal (volumen) del material. Esta propiedad afecta directamente a la temperatura de Curie, ya que puede haber una temperatura de Curie de volumen T B y una temperatura de Curie superficial diferente para un material. [ 41 ]

Esto permite que la temperatura de Curie superficial sea ferromagnética por encima de la temperatura de Curie volumétrica cuando el estado principal está desordenado, es decir, los estados ordenados y desordenados ocurren simultáneamente. [ 38 ]

Las propiedades superficiales y volumétricas pueden predecirse mediante el modelo de Ising, y la espectroscopia de captura de electrones puede utilizarse para detectar los espines de los electrones y, por lo tanto, los momentos magnéticos en la superficie del material. Se toma un magnetismo total promedio de las temperaturas volumétricas y superficiales para calcular la temperatura de Curie del material, teniendo en cuenta que la contribución volumétrica es mayor. [ 38 ] [ 42 ]

El momento angular de un electrón es + ħ / 2 o − ħ / 2 debido a que tiene un espín de 1 / 2 , lo que le da un momento magnético de tamaño específico al electrón: el magnetón de Bohr . [ 43 ] Los electrones que orbitan alrededor del núcleo en un bucle de corriente crean un campo magnético que depende del magnetón de Bohr y del número cuántico magnético . [ 43 ] Por lo tanto, los momentos magnéticos están relacionados entre el momento angular y el momento orbital y se afectan mutuamente. El momento angular contribuye el doble a los momentos magnéticos que el momento orbital. [ 44 ]

Para el terbio , un metal de tierras raras con un alto momento angular orbital, el momento magnético es lo suficientemente fuerte como para afectar el orden por encima de sus temperaturas de volumen. Se dice que tiene una alta anisotropía en la superficie, es decir, está altamente orientado en una dirección. Permanece ferromagnético en su superficie por encima de su temperatura de Curie (219  K), mientras que su volumen se vuelve antiferromagnético y, a temperaturas más altas, su superficie permanece antiferromagnética por encima de su temperatura de Néel de volumen (230  K) antes de volverse completamente desordenada y paramagnética al aumentar la temperatura. La anisotropía en el volumen es diferente de la anisotropía superficial justo por encima de estos cambios de fase, ya que los momentos magnéticos se ordenarán de manera diferente o se ordenarán en materiales paramagnéticos. [ 41 ] [ 45 ]

Modificar la temperatura de Curie de un material

Materiales compuestos

Los materiales compuestos , es decir, los materiales formados por otros materiales con propiedades diferentes, pueden modificar la temperatura de Curie. Por ejemplo, un material compuesto que contiene plata puede crear espacios para las moléculas de oxígeno en los enlaces, lo que disminuye la temperatura de Curie [ 46 ], ya que la red cristalina no será tan compacta.

La alineación de los momentos magnéticos en el material compuesto afecta la temperatura de Curie. Si los momentos del material son paralelos entre sí, la temperatura de Curie aumentará, y si son perpendiculares, la temperatura de Curie disminuirá [ 46 ], ya que se necesitará más o menos energía térmica para destruir las alineaciones.

La preparación de materiales compuestos a diferentes temperaturas puede dar lugar a composiciones finales distintas que tendrán diferentes temperaturas de Curie. [ 47 ] El dopaje de un material también puede afectar su temperatura de Curie. [ 47 ]

La densidad de los materiales nanocompuestos modifica la temperatura de Curie. Los nanocompuestos son estructuras compactas a nanoescala. La estructura se compone de temperaturas de Curie volumétricas altas y bajas, pero solo presenta una temperatura de Curie de campo medio. Una mayor densidad de temperaturas volumétricas bajas resulta en una temperatura de Curie de campo medio menor, mientras que una mayor densidad de temperaturas volumétricas altas incrementa significativamente la temperatura de Curie de campo medio. En más de una dimensión, la temperatura de Curie comienza a aumentar, ya que los momentos magnéticos requieren mayor energía térmica para superar la estructura ordenada. [ 42 ]

Tamaño de partícula

El tamaño de las partículas en la red cristalina de un material modifica la temperatura de Curie. Debido al pequeño tamaño de las partículas ( nanopartículas ), las fluctuaciones de los espines electrónicos se vuelven más prominentes, lo que provoca una disminución drástica de la temperatura de Curie al disminuir el tamaño de las partículas, ya que dichas fluctuaciones generan desorden. El tamaño de una partícula también afecta la anisotropía, lo que hace que la alineación sea menos estable y, por lo tanto, genera desorden en los momentos magnéticos. [ 38 ] [ 48 ]

El caso extremo de este fenómeno es el superparamagnetismo , que solo se produce en partículas ferromagnéticas pequeñas. En este fenómeno, las fluctuaciones son muy influyentes, provocando que los momentos magnéticos cambien de dirección aleatoriamente y, por lo tanto, generen desorden.

La temperatura de Curie de las nanopartículas también se ve afectada por la estructura de la red cristalina : la cúbica centrada en el cuerpo (bcc), la cúbica centrada en las caras (fcc) y la estructura hexagonal (hcp) presentan diferentes temperaturas de Curie debido a la interacción de los momentos magnéticos con los espines de los electrones vecinos. Las estructuras fcc y hcp son más compactas y, por lo tanto, tienen temperaturas de Curie más altas que la bcc, ya que los momentos magnéticos tienen un efecto más intenso cuando están más cerca. [ 38 ] Esto se conoce como número de coordinación , que es el número de partículas vecinas más cercanas en una estructura. Esto indica un número de coordinación menor en la superficie de un material que en el interior, lo que hace que la superficie sea menos relevante a medida que la temperatura se aproxima a la temperatura de Curie. En sistemas más pequeños, el número de coordinación de la superficie es más significativo y los momentos magnéticos tienen un efecto más fuerte en el sistema. [ 38 ]

Aunque las fluctuaciones en las partículas pueden ser minúsculas, dependen en gran medida de la estructura de las redes cristalinas, ya que reaccionan con sus partículas vecinas más cercanas. Las fluctuaciones también se ven afectadas por la interacción de intercambio [ 48 ] , dado que se favorecen los momentos magnéticos paralelos y, por lo tanto, presentan menor perturbación y desorden; en consecuencia, una estructura más compacta influye en un magnetismo más fuerte y, por lo tanto, en una temperatura de Curie más alta.

Presión

La presión modifica la temperatura de Curie de un material. Al aumentar la presión sobre la red cristalina, disminuye el volumen del sistema. La presión afecta directamente la energía cinética de las partículas, ya que el aumento del movimiento provoca vibraciones que alteran el orden de los momentos magnéticos. Esto es similar a la temperatura, pues también incrementa la energía cinética de las partículas y destruye el orden de los momentos magnéticos y el magnetismo. [ 49 ]

La presión también afecta la densidad de estados (DOS). [ 49 ] Aquí la DOS disminuye, lo que provoca una disminución en el número de electrones disponibles para el sistema. Esto lleva a una disminución en el número de momentos magnéticos, ya que dependen de los espines de los electrones. Cabría esperar que, debido a esto, la temperatura de Curie disminuyera; sin embargo, aumenta. Esto es el resultado de la interacción de intercambio . La interacción de intercambio favorece los momentos magnéticos paralelos alineados debido a que los electrones no pueden ocupar el mismo espacio en el tiempo [ 18 ] y, como esto aumenta debido a la disminución del volumen, la temperatura de Curie aumenta con la presión. La temperatura de Curie se compone de una combinación de dependencias de la energía cinética y la DOS. [ 49 ]

La concentración de partículas también afecta la temperatura de Curie cuando se aplica presión y puede resultar en una disminución de la temperatura de Curie cuando la concentración está por encima de cierto porcentaje. [ 49 ]

Ordenamiento orbital

El ordenamiento orbital modifica la temperatura de Curie de un material. Este ordenamiento puede controlarse mediante la aplicación de deformaciones . [ 50 ] Esta es una función que determina la onda de un electrón individual o de pares de electrones dentro del material. Controlar la probabilidad de la posición del electrón permite alterar la temperatura de Curie. Por ejemplo, los electrones deslocalizados pueden desplazarse al mismo plano mediante la aplicación de deformaciones dentro de la red cristalina. [ 50 ]

Se observa que la temperatura de Curie aumenta considerablemente debido a que los electrones se agrupan en el mismo plano; se ven obligados a alinearse debido a la interacción de intercambio , lo que aumenta la fuerza de los momentos magnéticos y evita el desorden térmico a temperaturas más bajas.

Temperatura de Curie en materiales ferroeléctricos

De forma análoga a los materiales ferromagnéticos y paramagnéticos, el término temperatura de Curie ( T C ) también se aplica a la temperatura a la que un material ferroeléctrico pasa a ser paraeléctrico . Por lo tanto, T C es la temperatura a la que los materiales ferroeléctricos pierden su polarización espontánea al producirse un cambio de fase de primer o segundo orden. En el caso de una transición de segundo orden, la temperatura de Curie-Weiss T 0 , que define el máximo de la constante dieléctrica, es igual a la temperatura de Curie. Sin embargo, la temperatura de Curie puede ser 10 K superior a T 0 en el caso de una transición de primer orden. [ 51 ]

Figura 4. (Debajo de T 0 ) Polarización ferroeléctrica P en un campo eléctrico aplicado E
Figura 5. (Por encima de T 0 ) Polarización dieléctrica P en un campo eléctrico aplicado E

Ferroeléctrico y dieléctrico

Los materiales son ferroeléctricos solo por debajo de su temperatura de transición correspondiente T 0 . [ 53 ] Todos los materiales ferroeléctricos son piroeléctricos y, por lo tanto, tienen una polarización eléctrica espontánea ya que las estructuras son asimétricas.

La polarización de los materiales ferroeléctricos está sujeta a histéresis (Figura 4); es decir, depende tanto de su estado pasado como de su estado actual. Al aplicar un campo eléctrico, los dipolos se alinean y se crea polarización; al retirar el campo eléctrico, la polarización permanece. El ciclo de histéresis depende de la temperatura y, como resultado, al aumentar la temperatura y alcanzar T₀ , las dos curvas se convierten en una sola, como se muestra en la polarización dieléctrica (Figura 5). [ 54 ]

permitividad relativa

Una versión modificada de la ley de Curie-Weiss se aplica a la constante dieléctrica, también conocida como permitividad relativa : [ 51 ] [ 55 ]

ϵ=ϵ0+doT−T0.{\displaystyle \epsilon =\epsilon _{0}+{\frac {C}{T-T_{\mathrm {0} }}}.}

Aplicaciones

Una transición ferromagnética-paramagnética inducida por calor se utiliza en medios de almacenamiento magnetoópticos para borrar y escribir nuevos datos. Ejemplos famosos incluyen el formato Minidisc de Sony , así como el ahora obsoleto formato CD-MO . Se han propuesto y probado electroimanes de punto de Curie para mecanismos de actuación en sistemas de seguridad pasiva de reactores reproductores rápidos , donde las barras de control caen al núcleo del reactor si el mecanismo de actuación se calienta más allá del punto de Curie del material. [ 56 ] Otros usos incluyen el control de temperatura en soldadores [ 57 ] y la estabilización del campo magnético de los generadores de tacómetros frente a la variación de temperatura. [ 58 ]

Véase también

  • Ferroelectricidad : Propiedad de los materiales que poseen y se ven afectados por campos eléctricos. 
  • Ley de Curie : Relación entre la magnetización, el campo magnético aplicado y la temperatura. 
  • Efecto Hopkinson : característica de los materiales ferromagnéticos o ferrimagnéticos. 

Notas

  1. ↑ Pierre Curie – Biografía
  2. ↑ Buschow 2001 , pág. 5021, tabla 1
  3. ↑ Jullien y Guinier 1989 , pág. 155 
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