سوپر پارامغناطیس چیست؟
پیش از پرداختن به مفهوم سوپر پارامغناطیس باید به تعریف فرو مغناطیس و فری مغناطیس نگاهی بیندازیم؛ اما چرا؟
در ساده ترین تعریف باید بدانید که سوپر پارامغناطیس ها، در حقیقت همان فرو مغناطیس و فری مغناطیسی هستند که ابعاد ذرات دارنده آن ها، تا حد نانومتری کوچک شده است.
انواع خواص مغناطیسی
صحبت درباره خواص مغناطیسی در حوزه فیزیک به صورت تخصصی ببرسی می شود و ما در اینجا صرفا قصد معرفی داریم.
به طور کلی ما پنج دسته خواص مغناطیسی داریم که عبارتند از فرو مغناطیس، فری مغناطیس، پارا مغناطیس، آنتی فرو مغناطیس و دیا مغناطیس.
البته این پنج دسته شامل همه مواد موجود در طبیعت و آزمایشگاه (مواد مغناطیسی که به صورت طبیعی وجود ندارند و فق در آزمایشگاه ایجاد می شوند) نمی شود و دسته های کوچک تری نیز از این ها مشتق می شود.
ما در این مقاله صرفا به فرو مغناطیس و فری مغناطیس می پردازیم و مطالعه درباره سه دسته دیگر را به خواننده واگذار می کنیم.
فرومغناطیس چیست؟
خاصیت فرو مغناطیس یکی از پنج دسته اصلی مواد مغناطیسی است که با حوزه های مغناطیسی شناخته می شود. در این مواد، دو قطبی های مغناطیسی در حوزه های جدا جدا و مستقل از هم وجود دارند.
منظور از حوزه های مغناطیسی، نواحی از توده ماده است که همه دو قطبی های مغناطیسی آن، به صورت یکپارچه و در یک جهت خاص جهت گیری کرده اند. برای درک بهتر به تصویر زیر توجه کنید.
در این مواد، اگر یک میدان مغناطیسی خارجی جود نداشته باشد؛ جهت گیری حوزه ها سازمان یافتگی خاصی ندارد. اما به محض اعمال یک میدان مغناطیسی خارجی، دو اتفاق ممکن است: یا حوزه های مغناطیسی همسو با میدان خارجی رشد می کنند (بزرگ می شوند و قسمتی از حوزه های دیگر را در بر میگیرند) و یا بدون رشد حوزه ها، صرفا تعداد حوزه های هم جهت با میدان خارجی افزایش می یابد.
البته این را هم در نظر داشته باشید که قرار نیست حتما همه حوزه ها دقیقا در راستای میدان تغییر جهت بدهند و اکثر اوقات این جهت گیری به صورت جزئی هم اتفاق می افتد؛ به طوری که در مجموع، برآیند جهت گیری همه آن ها در راستای میدان است. برای درک بهتر، به تصویر زیر توجه کنید.
فری مغناطیس چیست؟
در این مواد نیز مشابه با مواد فرو مغناطیس، حوزه های مغناطیسی شامل این دو قطبی های مزدوج وجود دارد. طبیعتا در غیاب میدان خارجی، جهت گیری کلی این زوج دوقطبی ها (و متعاقب آن، جهت گیری کلی حوزه شامل آن ها) به سمت خاصی نیست؛ اما به محض اعمال یک میدان خارجی، جهت گیری های این زوج دوقطبی ها در راستای میدان افزایش می یابد.
سوپر پارامغناطیس چیست؟
فرض کنید که یک ماده فرو یا فری مغناطیس داشته باشیم. به نظر شما در یک سانتی متر مربع از این قطعه ها، چه تعداد حوزه مغناطیسی وجود دارد؟ مثلا می توانیم فرض کنیم که 10 میلیارد باشد (این یک فرض است و این که واقعا 10 میلیارد باشد یا بیشتر یا کمتر، در اینجا مهم نیست و ما صرفا به بررسی مفهوم پشت آن می پردازیم).
حالا اگر ما این قطعه را به قطعات 1 نانومتری تبدیل کنیم چه اتفاقی می افتد؟ ما قطعه هایی داریم که حالا در هر کدام از آن ها مثلا 100 حوزه مغناطیسی وجود دارد. اما این چه تفاوتی ایجاد می کند؟ و در نهایت چه دستاوردی دارد؟
زمانی که با 10 میلیارد حوزه مغناطیسی سر و کار داریم؛ قطعا نمی توانیم حالتی ایجاد کنیم که همه حوزه ها در راستای میدان خارجی جهت گیری کنند . بنابراین، همیشه حوزه هایی هستند (حوزه هایی که در راستای میدان جهت گیری نکرده اند و یا جهت گیری ناقص دارند؛ یعنی به طور تقریبی با میدان تغییر جهت داده اند اما هنوز هم راستای با آن نیستند) که برآیند کلی توده مغناطیسی را تحت تاثیر قرا می دهند و اجازه نمی دهند تا حداکثر خاصیت مغناطیسی ماده نشان داده شود.
اما زمانی که با تعداد بسیار کمتری از حوزه ها سر و کار داشته باشیم؛ مثلا 100 حوزه، در این صورت، اگر یک میدان خارجی اعمال کنیم، حالا به نسبت کل توده مغناطیسی که در اختیار داریم، تعداد حوزه های هم راستا با میدان بیشتر است و در نتیجه، ذره ای که حالا 100 حوزه مغناطیسی دارد؛ تاثیر پذیری بالاتری از میدان خارجی نشان می دهد.
به عبارت دیگر، خاصیت مغناطیسی توده کوچکتر (مثلا توده ای در حد 10 نانومتر) بسیار بیشتر از توده بزرگتر (توده ای مثلا 10 میکرومتری) است.
تصویر زیر، به بهترین نحو، صحبت های ما را کامل می کند. به آن توجه کنید.
1 دیدگاه در “سوپر پارامغناطیس، تعریف و مبانی”
عالی. بسیار روان و آموزشی