Парапроцесс

Парапроцесс, или истинное намагничивание, вызван ориентацией спиновых и магнитных моментов атомов или ионов, оставшихся неупорядоченными вследствие теплового движения, во внешнем магнитном поле. Упорядочивающая роль внешнего магнитно поля определяется величиной её напряжённости, особенно вблизи температуры Кюри ${\displaystyle T_{C}}$. При высоких напряжённостях внешнего магнитного поля в результате парапроцесса намагничивание ферро- и ферримагнетиков происходит по всему объёму и определяет поведение вещества как ферро- или ферримагнетика.

Измерения изотерм намагниченности ферромагнитных материалов показывают, что в стадии парапроцесса величина намагниченности ${\displaystyle M}$ стремится к значению насыщения ${\displaystyle M_{0}}$ (${\displaystyle M_{0}}$ — намагниченность ферро- или ферримагнетика при температуре ${\displaystyle T=0}$ К), см. рисунок.

Парапроцесс может возникать и во внешних магнитных полях малой интенсивности в области низких температур из-за упорядочивания магнитных моментов ионов редкоземельных металлов. Также ярко выраженный парапроцесс возникает в зонных ферромагнетиках за счёт расщепления зон ${\displaystyle 3d}$-электронов на подзоны с разнонаправленными спинами.

Из условия равновесного значения ${\displaystyle {\partial ^{2}\Phi \over \partial J}=0}$ можно получить уравнение для парапроцесса (истинного намагничивания) ферромагнетиков вблизи точки Кюри ${\displaystyle T_{C}}$:

${\displaystyle \alpha \sigma +\beta \sigma ^{3}=H}$,

где ${\displaystyle \sigma }$ — удельная намагниченность, равная сумме удельной истинной намагниченности, вызванной внешним магнитным полем, и удельной самопроизвольной намагниченности (на 1 грамм вещества) при данной температуре, ${\displaystyle \alpha }$ и ${\displaystyle \beta }$ — термодинамические коэффициенты (функции от давления ${\displaystyle P}$ и температуры ${\displaystyle T}$).

Уравнение парапроцесса вблизи точки Кюри ${\displaystyle T_{C}}$ можно переписать в виде:

${\displaystyle \alpha (\sigma _{s}+\sigma _{i})+\beta (\sigma _{s}+\sigma _{i})^{3}=H}$,

где

${\displaystyle \alpha ={\frac {2a}{\sigma _{0}}}}$,

${\displaystyle \beta ={\frac {4b}{\sigma _{0}^{3}}}}$,

${\displaystyle \sigma _{i}}$ — истинная намагниченность, вызванная внешним магнитным полем, ${\displaystyle a}$, ${\displaystyle b}$ — термодинамические коэффициенты, зависящие от температуры и давления.

Уравнение кривой намагниченности в точке Кюри ${\displaystyle T_{C}}$ можно найти, подставив значения ${\displaystyle \sigma _{s}=0}$ и ${\displaystyle \alpha =0}$, получив, таким образом, условие точки Кюри ${\displaystyle T_{C}}$:

${\displaystyle \sigma _{i}={\frac {\sigma _{0}}{(4b)^{\frac {1}{3}}}}H^{\frac {1}{3}}}$.