پروژه

الکترومغناطیس

تاریخچه

علم مغناطیس از این مشاهده که برخی سنگها (ماگنتیت) تکه‌های آهن را جذب می کردند سرچشمه گرفت. واژه مغناطیس از ماگنزیا یا واقع در آسیای صغیر ، یعنی محلی که این سنگها در آن پیدا شد، گرفته شده است. زمین به عنوان آهنربای دائمی بزرگ است که اثر جهت دهنده آن بر روی عقربه قطبهای آهنربا ، از زمانهای قدیم شناخته شده است. در سال 1820 اورستد کشف کرد که جریان الکتریکی در سیم نیز می‌تواند اثرهای مغناطیسی تولید کند، یعنی می‌تواند سمت گیری عقربه قطب نما را تغییر دهد.
در سال 1878 رولاند (H.A.Rowland) در دانشگاه جان هاپکینز متوجه شد که یک جسم باردار در حال حرکت (که آزمایش او ، یک قرص باردار در حال دوران سریع) نیز منشاأ اثرهای مغناطیسی است. در واقع معلوم نیست که بار متحرک هم ارز جریان الکتریکی در سیم باشد. جهت مطالعه زندگینامه علمی رولاند فیزیکدان برجسته آمریکایی به کتاب زیر مراجعه شود:

Phusics by John D.Miller,Physics

Today , July 1976Rowland
،s البته دو علم الکتریسیته و مغناطیس تا سال 1820 به موازات هم تکامل می یافت اما کشف بنیادی اورستد و سایر دانشمندان سبب شد که الکترومغناطیس به عنوان یک علم واحد مطرح شود. برای تشدید اثر مغناطیسی جریان الکتریکی در سیم می‌توان را به شکل پیچه‌ای با دورهای زیاد در آورد و در آن یک هسته آهنی قرار داد. این کار را می‌توان با یک آهنربای الکتریکی بزرگ ، از نوعی که معمولا در پژوهشگاههای برای کارهای پژوهشی مربوط به مغناطیس بکار می‌رود، انجام داد.
تولد میدان مغناطیسی

دومین میدانی که در مبحث الکترومغناطیس ظاهر می شود، میدان مغناطیسی است. این میدانها و به عبارت دقیقتر آثار این میدانها از زمانهای بسیار قدیم ، یعنی از همان وقتی که آثار مغناطیسهای طبیعی سنگ آهنربا (Fe3O4 یا اکسید آهن III) برای اولین بار مشاهده شد، شناخته شده‌اند. خواص شمال و جنوب یابی این ماده تاثیر مهمی بر دریانوردی و اکتشاف گذاشت با وجود این، جز در این مورد مغناطیس پدیده ای بود که کم مورد استفاده قرار می گرفت و کمتر نیز شناخته شده بود، تا اینکه در اوایل قرن نوزدهم اورستد دریافت که جریان الکتریکی میدان مغناطیسی تولید می‌کند.

این کار تواأم با کارهای بعدی گاؤس ، هنری . فاراده و دیگران نشان دادند که این شراکت واقعی بین میدانهای الکتریکی و مغناطیسی وجود دارد و این دو توأم تحت عنوان میدان الکترومغناطیسی حضور دارند. به عبارتی این میدانها به طرز جدایی ناپذیری در هم آمیخته شده‌اند.

حوزه عمل و گسترش میدان مغناطیسی

تلاش مردان عمل به توسعه ماشینهای الکتریکی ، وسایل مخابراتی و رایانه‌ها منجر شد. این وسایل که پدیده مغناطیسی در آنها دخیل است نقش بسیار مهمی در زندگی روزمره ایفا می‌کنند. با گسترش و سریع علوم از اعتبار این علوم اولیه کاسته نمی‌شود و همیشه سازگاری خود را با کشفیات جدید حفظ می‌کند.

مغناطیسهای طبیعی و مصنوعی

·         بعضی از سنگهای آهن یاد شده در طبیعت خاصیت جذب اشیای آهنی کوچک ، مانند براده‌ها یا میخهای مجاور خود را دارند. اگر تکه‌ای از چنین سنگی را از ریسمانی بیاویزیم ، خودش را طوری قرار می‌دهد که راستایش از شمال به جنوب باشد، تکه‌های چنین سنگهایی به آهنربا یا مغناطیس معروف است.

·         یک تکه آهن یا فولاد با قرار گرفتن رد مجاورت آهنربا ، آهنربا یا مغناطیده می‌شود، یعنی توانایی جذب اشیای آهنی را کسب می‌کند. خواص مغناطیسی این تکه آهن یا فولاد هر چه به آهنربا نزدیکتر باشد، قویتر است. وقتی که تکه‌ای از آهن و آهنربا با یکدیگر تماس پیدا کنند ، مغناطش یا آهنربا شدگی به مقدار ماکزیمم (میخ آهنی که به آهنربا نزدیک شود خاصیت آهنربایی پیدا می‌کند و براده‌های آهنربا را جذب می‌کند) می‌باشد.

·         هنگامی که آهنربا دور شود، تکه آهن یا فولاد که توسط آهنربا شده‌اند بخش زیادی از خواص مغناطیسی بدست آورده را از دست می‌دهند، ولی باز هم تا حدی آهنربا می‌مانند. از اینرو به آهنربای مصنوعی تبدیل می‌شوند و همان خواص آهنربای طبیعی را دارد. این پدیده را می‌توان با آزمایش ساده‌ای به اثبات رسانید. خاصیت آهنربایی که به هنگام تماس تکه آهن با آ‌هنربا پیدا می‌شود بر خلاف مغناطش بازمانده که با دور شدن آهن ربا باقی می‌ماند، مغناطش موقت نامیده می‌شود. آزمایشهایی از این نوع نشان می‌دهد که مغناطش بازمانده خیلی ضعیفتر از مغناطش موقت است، مثلا در آهن نرم فقط کسر کوچکی از آن است.

·         هم مغناطش موقت و هم مغناطش بازمانده برای درجات مختلف آهن و فولاد متفاوت است. مغناطش موقت آهن نرم و آهن تابکاری شده از آهن نرم و فولاد تابکاری نشده به مقدار زیادی قویتر است. بر عکس مانده مغناطش فولاد ، به ویژه درجاتی از آن که شامل مثلا آمیزه کبالت است، خیلی قویتر از مغناطش باز مانده در آهن نرم است. در نتیجه ، اگر دو میله یکسان ، یکی ساخته شده از آهن نرم و دیگری از فولاد را اختیار کنیم و آنها را در مجاورت آهنربای یکسانی قرار دهیم ، میله آهن نرم قویتر از فولاد آهنربا می‌شود.

ولی اگر آهنربا را دور کنیم، میله آهن نرم تقریبا بطور کلی مغناطیده می‌شود، در حالیکه میله فولاد مقدار قابل توجهی از خاصیت آهنربایی اولیه خود را حفظ می کند. در نتیجه ، آهنربای دائمی از میله فولادی از میله آهنی خیلی قویتر است. به این دلیل آهنرباهای دائمی را از درجات خاصی از فولاد درست می‌کنند نه از آهن.

·         آهنرباهای مصنوعی که بطور ساده با قرار دادن تکه‌ای فولاد در نزدیکی یک آهنربا یا با تماس با آن بدست آمده نسبتا ضعیف هستند. آهنرباهای قویتر را با مالیدن تیغه فولادی با آهنربا در یک جهت بدست می‌آورند. البته در این حالت نیز آهنرباهایی که بدست می‌آید که از آهنربایی که مغناطش به توسط آن انجام شده است، ضعیفتر است. هر نوع ضربه یا تکانی در طول مغناطش عمل را آسانتر می‌کند. برعکس تماس دادن آهنربای دائمی با تغییر ناگهانی و زیاد دمای آن ممکن است باعث وامغناطش آن شود.

·         وامغناطش بازمانده نه تنها به ماده بلکه به شکل جسمی که آهنربا می‌شود نیز بستگی دارد. میله‌های نسبتا کوتاه و کلفت از آهن نرم بعد از دور شدن آهنربا تقریبا به کلی خاصیت آهنربایی را از دست می‌دهند. با وجود این ، اگر همین آهن را برای ساختن سیمی به طول 300 تا 500 برابر قطر آن بکار بریم، این سیم (ناپیچیده) خاصیت مغناطیسی خود را به مقدار زیادی حفظ خواهد کرد.

 

مواد پارا مغناطیس

 

پارا مغناطیس شکل ضعیفی از خاصیت مغناطیسی است. اتمهای مواد پارا مغناطیس گشتاور دو قطبی مغناطیسی دائمی دارند که در میدان مغناطیسی خارجی دو قطبیها را با یکدیگر همسو کرده و میدان را تا اندازه‌ای تقویت می‌کنند. ماده پارا مغناطیس در میدان مغناطیسی غیریکنواخت ، به طرف ناحیه قویتر کشیده می‌شود.

 

 

اطلاعات اولیه

مواد پارا مغناطیس گروهی از مواد هستند که موجب تقویت جزئی میدان مغناطیسی می‌شوند، یعنی اگر در داخل سیم پیچی ، ماده‌ای از جنس پارا مغناطیسی قرار دهیم، در این صورت میدان مغناطیسی تقویت می‌شود، هر چند این تقویت به اندازه مواد فرو مغناطیس نیست، اما قابل توجه است. به بیان دیگر ، در مباحث مغناطیسی کمیتی به نام پذیرفتاری مغناطیسی تعریف می‌شود که نمادی از تقویت یا تضعیف میدان مغناطیسی است.

یعنی در مواد دیا مغناطیس پذیرفتاری مغناطیسی ، کمیتی منفی است و میدان مغناطیسی در اثر حضور چنین ماده‌ای تضعیف می‌شود، اما در مورد مواد پارا مغناطیس ، تراوایی مغناطیسی ، مقداری مثبت است. بنابراین در حضور این ماده ، میدان تقویت می‌شود، هر چند این تقویت به اندازه مواد فرو مغناطیسی نخواهد بود.

 

خاصیت پارا مغناطیسی

اگر نمونه‌ای از ماده شامل N اتم ، را که گشتاور دو قطبی مغناطیسی هر کدام M است، در یک میدان مغناطیسی قرار دهیم، دو قطبی‌های اولیه اتم می‌کوشند با میدان مغناطیسی همسو شوند. این تمایل به همسو شدن را خاصیت پارا مغناطیسی می‌گویند.

شرط پارا مغناطیسی بودن

برای آنکه دستگاهی خواص پارا مغناطیسی از خود بروز دهد، اتمها یا مولکولهای آن دستگاه باید گشتاورهای مغناطیسی دائمی داشته باشند و این گشتاورها تمایل داشته باشند که با میدان اعمال شده همسو شوند. گشتاورهای مولکولی مختلف واجفت شده هستند، یعنی هر یک حول میدان مغناطیسی بطور انفرادی و نه بطور هماهنگ حرکت تقدیمی می‌کنند، ولی به علت تماس گرمایی با محیط اطراف خود می‌توانند مبادله انرژی کنند. جز در دمای نزدیک به صفر مطلق توام با میدانهای بسیار قوی ، مغناطش از مقدار مربوط به حالت اشباع آن که در آن حالت تمام گشتاورهای دو قطبی همسو هستند، بسیار کمتر است.

 

قانون کوری

در سال 1895 پیر کوری بطور تجربی کشف کرد که مغناطش M (گشتاور دو قطبی مغناطیسی در واحد حجم ماده) یک ماده پارا مغناطیس با میدان مغناطیسی (B) ، یعنی میدان مغناطیسی موثر که نمونه در آن قرار گرفته است، نسبت مستقیم و با دمای کلوین (T) نسبت معکوس دارد. این بیان به عنوان قانون کوری معروف است. این قانون از لحاظ فیزیکی از این جهت قابل قبول است که افزایش B باعث همسو شدن دو قطبی‌های اولیه در نمونه می‌شود و M (مغناطش) را افزایش می‌دهد، در حالی که افزایشT این همسویی را به هم می‌زند و M را کاهش می‌دهد. قانون کوری در صورتی که نسبت B/T خیلی بزرگ نباشد، از نظر تجربی تائید شده است.

اطلاعات اولیه

مواد مختلف بر اساس خاصیتی که در میدان مغناطیسی از خود نشان دهند، به چند گروه مواد پارا مغناطیس ، مواد دیا مغناطیس و مواد فرو مغناطیس تقسیم می‌شوند. مواد دیا مغناطیس باعث تضعیف شار مغناطیسی می‌گردند. به بیان دیگر ، جهت جریانهای بنیادی در دیا مغناطیس واقع در میدان مغناطیسی خارجی چنان است که میدان مغناطیسی آنها مخالف میدان خارجی است. در نتیجه اثر میدان مغناطیسی خارجی روی دیا مغناطیس‌ها مخالف اثر آنها روی مواد فرو مغناطیس و پارا مغناطیس است، یعنی مواد دیا مغناطیسی با آهنربا دفع می‌شوند.

 

 

مشابه الکترواستاتیکی خاصیت دیا مغناطیس

قدیمی‌ترین مشاهده مربوط به الکترواستاتیک این است که خرده‌های کاغذ بدون بار قرار داده شده در میدان الکتریکی غیر یکنواخت نزدیک سر یک میله باردار توسط میله جذب می‌شوند. مولکولهای کاغذ گشتاور دو قطبی الکتریکی ذاتی ندارند و این خاصیت جذب شدن ناشی از گشتاور دو قطبی القا شده در کاغذ ، بر اثر میدان الکتریکی خارجی است.

در مغناطیس نیز اثری قابل مقایسه با آنچه گفته شد، بروز می‌کند. بعضی مواد که دیا مغناطیس نامیده می‌شوند، دو قطبی مغناطیسی ذاتی ندارند (یعنی پارا مغناطیس نیستند)، اما بر اثر میدان مغناطیسی خارجی ممکن است در آنها گشتاور دو قطبی القا شود. اگر نمونه‌ای از چنین ماده‌ای را در میدان مغناطیسی غیر یکنواخت نزدیک یک قطب آهنربای قوی قرار دهیم، یک نیروی بسیار ضعیف به نمونه اثر خواهد کرد. اما بر خلاف حالت الکتریکی نمونه به جای جذب شدن به طرف قطب آهنربا ، از آن دفع می‌شود.

 

خاصیت دیا مغناطیسی کی ظاهر می‌شود؟

خاصیت دیا مغناطیسی ظاهرا در تمام انواع ماده یافت می‌شود، ولی اثر آن غالبا بوسیله آثار قویتر پارا مغناطیسی و یا فرو مغناطیسی که می‌توانند با این خاصیت همراه باشند، مخفی می‌شود. خاصیت دیا مغناطیسی خصوصا در مواردی بارز است که کلا از اتمها یا یونهایی با پوسته‌های بسته الکترونی تشکیل شده باشند، زیرا در این موارد تمام تاثیرات پارا مغناطیسی حذف می‌شوند.

منشأ دیا مغناطیسی

اختلاف رفتار در حالتهای الکتریکی و مغناطیسی از این واقعیت ناشی می‌شود که دو قطبی‌های الکتریکی القایی و میدان الکتریکی خارجی هم جهت هستند، اما دو قطبهای مغناطیسی القایی در خلاف جهت میدان مغناطیسی خارجی قرار می‌گیرند. خاصیت دیا مغناطیسی نمودی از قانون القای فاراده روی الکترونهای اتم است. این واقعیت که گشتاور میدان مغناطیسی القا شده در خلاف جهت میدان مغناطیسی القا کننده است، نتیجه‌ای از اثر قانون لنز در مقیاس اتمی است.

 

 

پذیرفتاری مغناطیسی

نگاه اجمالی

پذیرفتاری مغناطیسی ، T ، خاصیت بنیادی در مواد است که اندازه گیری آن متضمن اطلاعات زیادی از ساختار الکترونی و وجود حالتهای مغناطیسی منظم در ماده است. اگر M مغناطش و H میدان مغناطیسی اعمال شده به ماده باشد، پذیرفتاری مغناطیسی از رابطه زیر بدست می‌آید:

(X= M/H (1



مثبت یا منفی بودن مقادیر X ، به ترتیب به نشان دهنده خاصیتهای پارامغناطیسی و دیامغناطیسی است، چون بطور کلی M تابعی خطی از H نیست. گاهی پذیرفتاری را به صورت دیفرانسیلی dM/dH نیز تعریف می‌کنند.

پذیرفتاری پارامغناطیسی

پذیرفتاری مواد پارامغناطیس با هم خط شدن گشتاورهای دو قطبی مغناطیسی دایم ، μ ، براثر میدان مغناطیسی مشخص می‌شود. بنابه نظریه‌های کلاسیک می‌توان نوشت:

(M = NμL(μH/KBT) (2


که در آن N تعداد گشتاورها در واحد حجم، KB ثابت بولتزمن ، T دمای مطلق و (μH/KBT) تابع لانژون است. تابع (L(x به صورت (Coth(x - 1/x تعریف می‌شود، به ازای مقادیر بزرگ μH/KBT داریم L1 که یعنی هم خط شدن هم گشتاورها با میدان مغناطیسی است. به ازای مقادیر کوچک μH/KBT ، داریم:
L(μH/KBT)μHsub>1≈ 3KBT


در نتیجه برای میدانهای مغناطیسی ضعیف رابطه زیر بدست می‌آید:

(N = Nμ2H/3KBT (3

 

(X = Nμ2/3KB(1/T) = C/T (4



که در آن C ثابت کوری است و معادله (4) را قانون کوری می‌نامند. بنابراین سختی پذیرفتاری اندازه گیری شده ، که با عکس T متناسب است، نشان دهنده وجود گشتاورهای دایمی است که مقدار آنها با استفاده از داده‌های تجربی قابل برآورد است.

پذرفتاری مغناطیسی در فلزات

در فلزات اغلب دیده می‌شود که پذیرفتاری مستقل از دما است. دلیل آن این است که در معادله (4) تعداد موثر الکترونهایی که می‌توانند با میدان مغناطیسی هم خط شوند به نسبت KBT/Ef کاهش می‌یابد. یعنی:
Neff ≈ (KBT/Ef)N


که در آن Ef انرژی فری است. بنابراین داریم X = Nμ2/3Ef. این اثر کیفی از اصل طرد پاولی ناشی می‌شود، که تعداد الکترونها را در هر خاصیت پارامغناطیسی فلزها را که مستقل از دما است، پارامغناطیس پاولی می‌نامند.

پذیرفتاری فرومغناطیسی

تمام مواد فرومغناطیسی در دماهای بالاتر از دمای منظم شدن ، یا دمای کوری ، T ، پارامغناطیس‌اند. گشتاورها در دمای پایینتر از Tc طوری ردیف می‌شوند که گویی با میدان درونی روبرو هستند. در نظریه ساده میدان مولکولی وایس فرض می‌شود که میدان درونی کل به صورت H H + λμ است، که در آن λ ثابت میدان مولکولی یا ثابت تبادل نامیده می‌شود، بنابراین درست در بالاتر از دمای Tc ، معادله (3) به معادله زیر تبدیل می‌شود:

M = C(H + M)/T


و نتیجه می‌گیریم که X = M/H = C/T - Өp. که در آن Өp = Cλ است. این معادله که قانون کوری - رایش نامیده می‌شود، نشان می‌دهد که وقتی T Өp پذیرفتاری به سمت بی‌نهایت میل می‌کند. یعنی در غیاب میدان مغناطیسی با M یعنی روبرو می‌شود، در مواد پارامغناطیس در دمای پایینتر از دمای منظم شدن یا دمای نی ئل، TN ، دو شبکه با دو شبکه با گشتاورهای مخالف یکدیگر وجود دارند. که در نبود میدان همدیگر را خنثی می کنند در این مواد در دماهای بالاتر از TN پذیرفتاری از رابطه زیر بدست می آید:

X = C/T + Өp


در هر دو حالت فرومغناطیسی و پادفرومغناطیسی - پارامترهای دمایی Өp با حاصل جمع برهمکنشهای تبادلی میان گشتاورهای مغناطیسی مجاور متناسب است. این برهمکنشهای تبادلی ، از اثرات کوانتمی سرچشمه می‌گیرند، که سبب هم خط شدن گشتاورها به صورت موازی (یا پاد موازی) در حالت فرومغناطیسی (یا پاد فرومغناطیسی) می‌شوند.

اندازه گیری پذیرفتاری مغناطیسی

در روش اندازه گیری فاراده ، از نیرویی که در میدان ناهمگن بر جسمی مغناطیده وارد می‌شود استفاده می‌کنند. در این روش ، نمونه ماده را در حالی که در میدان آهنربایی الکتریکی قرار دارد به سیمی متصل به ترازوی الکتریکی می‌آویزند. شکل قطبهای آهنربا به گونه‌ای است که میدان مغناطیسی عمدتا در راستای محور قائم (z) تغییر می کند. بین نیرویی که بر نمونه با گشتاور دو قطبی مغناطیسی μ وارد می‌شود برابر است با:

F = ∆(μ.H) ≈ ∆(μxHx) ≈ μx∆Hx


در این صورت مولفه z نیرو عبارت است از:

(Fs ≈ μxdHx/dε = XV(HxdHx/dz


پس از مشخص عبارت درون کروشه در معادله اخیر با نمونه‌ای معلوم ، می‌توان پذیرفتاری مغناطیسی را اندازه گیری کرد. *روشهای متداول دیگر برای اندازه گیری مغناطیسها و پذیرفتاریها شامل استفاده از مغناطیس سنج با نمونه‌های حرکتش ، مغناطیس سنج با وسیله‌ تداخل کوانتومی ابر رسانا (اسکوئید) و مغناطیس سنج با نیروی شیب متناوب هستند.

معرفی مواد مغناطیسی و تحلیل بازار جهانی آنها

موادمغناطیسی، به سه دسته عمده مواد مغناطیسی نرم، مواد مغناطیسی سخت و مواد مغناطیسی نیمه‌سخت تقسیم‌بندی می‌شوند. خصوصیات و کاربردهای هر یک از این مواد در زیر آمده است:

مواد مغناطیسی نرم (موقت)

به علت اینکه اغلب این مواد دارای سختی کمی هستند، به آنها مواد مغناطیسی نرم گفته می­شود. این مواد با برطرف شدن میدان خارجی، خاصیت مغناطیسی خود را از دست می‌‌دهند و به عنوان هسته‌های ورقه‌ای، چوک‌ها و حامل­های شار مغناطیسی، در اکثر مدارهای الکترونیکی و موتورهای DC و AC کاربرد دارند. به علت موقتی بودن خاصیت مغناطیسی این مواد به آنها آهنربای موقت نیز می­گویند.

مواد مغناطیسی سخت (دایم)

در جایی که نیاز به شار مغناطیسی دایم بدون اتصال به یک منبع خارجی باشد، از این مواد استفاده می­شود. از آنجا که این مواد عموماً دارای سختی بالایی هستند، به مواد مغناطیسی سخت مشهورند . بیشترین مصرف مغناطیس‌های دایم در موتورهای DC است. به عنوان مثال وسایلی که در خودرو بصورت اتوماتیک عمل می‌کنند، مانند شیشه‌های برقی و برف‌پاک‌کن‌ها، همچنین انواع سنسورهای خودرو از این مواد بهره می­برند. به علت دایمی بودن خاصیت مغناطیسی در این مواد به آنها مواد مغناطیسی دایم نیز گفته می­شود.

 

 

مواد مغناطیسی نیمه‌سخت

عموماً به عنوان حافظه کاربرد دارند و به­صورت پوشش نازک یا لایه نازک مورد استفاده قرار می‌گیرند. می­توان با اعمال میدانی متوسط، خاصیت مغناطیسی این مواد را حذف کرد یا به آنها برگرداند. مهمترین کاربرد این مواد در دیسک‌های سخت است. اساس ضبط مغناطیسی، استفاده از خاصیت مغناطیسی این مواد است.
در تعریف علمی، مواد نیمه‌‌سخت به موادی گفته می‌شود که کورسیویته آنان بین 10 تا 100 اورستد باشد. کورسیویته مغناطیس­های سخت بالای 100 اورستد و کورسیویته مواد مغناطیسی نرم کمتر از 10 اورستد می­باشد.

سایر ویژگی‌ها

جنس مواد بکار رفته در انواع مغناطیس‌ها متفاوت است. مواد مغناطیس دایم از لحاظ جنس به دو گروه فلزی و غیرفلزی تقسیم می­شوند. مواد مغناطیسی نرم در انواع فلزی، غیرفلزی، شیشه‌ای و لایه نازک وجود دارند و مواد نیمه‌سخت نیز در دو نوع فلزی و غیرفلزی موجود می­باشند که اکثراً به­شکل لایه‌های نازک به­کار می‌روند .

گروه­های دیگری از مواد مغناطیسی وجود دارند که در تقسیم­بندی­های فوق قرار نمی­گیرند. مانند پلیمرهای مغناطیسی، البته این مواد جدید هستند و هنوز تجاری نشده­اند.

به خاطر عملکرد خاص مواد مغناطیسی و دارا بودن شار مغناطیسی، هیچ ماده دیگری وجود ندارد که جایگزین این مواد شود. جایگزینی این مواد با مواد دیگر در صورتی متصور است که خاصیت دیگری جایگزین خواص مغناطیسی شود یا خواص فیزیکی دیگری بتوانند وظیفة میدان‌های مغناطیسی را انجام دهند. چون تاکنون این موضوع به وقوع نپیوسته است بنابراین می‌توان گفت در مورد مواد مغناطیسی، جایگزین واقعی وجود ندارد.

بازار جهانی


در بین مواد مغناطیسی، مغناطیس‌های نرم بیشترین حجم بازار مصرف را بخود اختصاص داده‌اند. در سال 1999 میزان بازار جهانی مواد مغناطیسی 30 میلیارد دلار بوده است که بیش از 42 درصد آن مربوط به مواد مغناطیسی نرم است. بعد از این مواد، مواد نیمه‌سخت کاربرد فراوانی دارند. کاربرد اصلی آنها در دیسک‌ها می‌باشد و بدلیل آنکه این وسایل بسیار عمومی هستند مصرف بالایی دارند و سهم بازار آنها در حدود 37 درصد از کل بازار مصرف مواد مغناطیسی است. بقیه بازار که حدود 6 میلیارد دلار است مربوط به آهنرباهای دایمی (سخت) است. در بین مواد مغناطیسی نرم، فولادهای سیلیسی و فریت‌های نرم بیشترین مصرف را دارند

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

رکوردی جدید در خاصیت مغناطیسی مواد ”

16 می 2003- تیمی متشکل از محققین کشورهای سوئد، ایتالیا، فرانسه و آلمان موفق به اندازه گیری بزرگترین انرژی آنیزوتروپی مغناطیس (Magnetic Anisotropy Energy) (MAE) شدند.

این تیم دریافتند که اتمهای کبالت بر روی زیرلایة پلاتین می توانند انرژی آنیزوتروپی مغناطیس بیش از 9 میلی الکترون ولت داشته باشند. این نتایج منجر به درک عمیق تر از نانومغناطیس شده و به طراحی مواد مغناطیس جدید برای استفاده در ذخیره اطلاعات کمک خواهد نمود.

آنیزوتروپی مغناطیسی، یکی از مهمترین خواص مواد مغناطیس است و جهت اسپین اتمی را در این مواد کنترل می کند. هر چه این پارامتر در یک ما دة مغناطیس بزرگتر باشد مغناطیس پایدارتری خواهیم داشت.

گروه فوق برای اندازه گیری MAE، با استفاده از اپیتاکسی پرتو مولکولی، اتمهای منفرد کبالت را بر روی زیرلایة پلاتین نشاندند. سپس میدان مغناطیسی بیش از 7 تسلا برآن اعمال نموده و خاصیت مغناطیسی اتمهای کبالت را، هم در جهت موازی با میدان و هم عمود بر آن اندازه گیری نمودند. میزان MAE اندازه گیری شده برای اتمهای کبالت در این آزمایش برابر meV 6/1±3/9 بود که حدود 200 مرتبه بیشتر از مقدار متناظر برای اتمهای کبالت در یک کریستال توده ای است.

در مقایسه با مقدار فوق، MAE هر اتم کبالت در آلیاژ ساماریوم_کبالت که یک مادة مغناطیسی متداول است فقط meV 8/1 می باشد.

در حال حاضر برای ایجاد یک بیت مغناطیسی پایدار بر روی یک هارد دیسک بیش از 100000 اتم مورد نیاز است. اما به عقیدة این محققین، میزان MAE بالای اتمهای کبالت موجب می شود که فقط با چند صد اتم بتوان یک بیت مغناطیسی ایجاد نمود. این امر موجب افزایش شدید دانسیتة ذخیرة اطلاعات بر روی دیسکهای مغناطیسی خواهد شد.

 



JavaScript Codes


Javascripts