Ferromagnetyki materiały (żelazo, nikiel, kobalt),w których oddziaływania momentów magnetycznych elektronów (niesparowanych) prowadzą do ich wzajemnego równoległego uporządkowania i pojawienia się namagnesowania spontanicznego. Jest to porządkowanie ferromagnetyczne. Dla większości ferromagnetyków istnieje pewna temperatura zwana temperaturą Curie -Tc poniżej której materiał jest ferromagnetyczny a powyżej której materiał zachowuje się tak jak paramagnetyk.
Przemiana fazowa paramagnetyk – ferromagnetyk.
Zależność podatności magnetycznej od temperatury.
Prawo Curie-Weissa :
- temperatura Curie
Właściwości ferromagnetyczne są związane z uporządkowaniem spinowych momentów magnetycznych.
Własności ferromagnetyczne pojawiają się u pierwiastków, których podpowłoki wewnętrzne są niezapełnione (żelazo, kobalt, nikiel).
Domeny ferromagnetyczne. Obszary, w których (namagnesowanie) magnetyzacja ma określony kierunek, ale inny niż w obszarach sąsiadujących. Obszary te nazywamy domenami. Ściany lub granice domenowe. Struktura domenowa.
Działanie pola magnetycznego zewnętrznego powoduje zmianę struktury domenowej i ruch granic. Działanie silnych pół – zjawisko nasycenia namagnesowania. Wektor namagnesowania ma jeden kierunek w całej próbce.
W materiałach ferromagnetycznych zależność magnetyzacji od pola zewnętrznego jest inna przy wzroście i zmniejszaniu się pola magnetycznego. Zjawisko histerezy (pętle histerezy), pole koercji:
Klasyfikacja materiały ferromagnetycznych
materiały magnetycznie miękkie - małe pole koercji
materiały magnetycznie twarde - duże pole koercji. Materiały miękkie magnetycznie
Rozszerzalność cieplna ciał stałych
l = l0(1+ α∆T)
l = l0+ l0 α∆T)
l - l0 = l0 α∆T)
∆l = l0 α∆T
α = ∆l/l0∆T [α]=1/K
α - współczynnik rozszerzalności liniowej
Rozszerzalność powierzchniowa
l = l0(1+ α∆T)
a powierzchnia S = l2
ponieważ α <<1 wyraz (α∆T)2 można pominąć
γ=2α-współczynnik rozszerzalności powierz
Przewodzenie prądu przez metale.
Metal przewodzi prąd, ponieważ elektrony w niewypełnionym paśmie walencyjnym mogą przechodzić do wyższych stanów energetycznych istniejących w tym samym paśmie. Energia elektronów o najwyższej energii ruchu translacyjnego w temperaturze zera bezwzględnego nosi nazwę energii Fermiego EF.
Poziom ten rozgranicza poziomy wszystkie poziomy (stany) zapełnione od poziomów (stanów) pustych.
Energia Fermiego-najwyższa energia jaka zajmują elektrony w paśmie walencyjnym 0 K
Złącze p-n (zjawiska kontaktowe)
Jeden obszar kryształu domieszkujemy na typ n a sąsiedni obszar na typ p.
Płaszczyzna złącza.
Ruch nośników większościowych
Elektrony w obszarze typu n, znajdujące się blisko płaszczyzny złącza będą dyfundować przechodząc do obszaru p, gdzie jest niewiele elektronów. Ruch elektronów i dziur - prąd dyfuzji Idyf, który jest skierowany z lewa na prawo (od p do n).
W pobliżu płaszczyzny złącza pojawią się więc nieruchome ładunki dodatnie. Elektron, który przedyfundował do obszaru p zrekombinuje ze zjonizowanym atomem akceptora, co jest równoznaczne z pojawieniem się nieruchomych ładunków ujemnych w obszarze p.
W wyniku dyfuzji powstanie po obydwu stronach złącza ładunek przestrzenny
Ruch ładunków większościowych (elektronów i dziur) powoduje więc wytworzenie dwóch obszarów ładunku przestrzennego (dodatniego i ujemnego). Te dwa obszary tworzą tzw. obszar zubożony, którego nazwa wynika z faktu, że znajduje się tam niewiele ruchomych nośników ładunku.
Szerokość obszaru zubożonego - do.
Kontaktowa różnica potencjałów Vo. Ta różnica potencjałów hamuje dalszą dyfuzję elektronów i dziur.
Ruch nośników mniejszościowych
Różnica potencjałów stanowi barierę dla nośników większościowych. Jednakże w części p i w części n mamy również nośniki mniejszościowe. Ruch nośników mniejszościowych
- prąd unoszenia (prąd dryfowy) Idryf.
W równowadze wypadkowy prąd jest równy zero
Prędkość efektywna i prędkość unoszenia.
Elektron doznający przyspieszenia uzyskuje w czasie pomiędzy zderzeniami prędkość υτ .
τ - średni czas pomiędzy zderzeniami
Prędkość ta zmienia się więc od wartości 0 do υτ. Średnia prędkość nosi nazwę prędkości unoszenia i oznaczamy ją jako υd.
υd ≈ 10-13 υef υef ≈ 1,6·106 m/s.
Dlaczego w przypadku metali spełnione jest prawo Ohma.
Dlaczego w przypadku metali spełnione jest prawo Ohma.
Ruchliwość elektronów: