แม่เหล็กเฟอโรแมกเนติกซึ่งเป็นคุณสมบัติทั่วไปของของแข็งที่ลึกลับที่สุด เป็นที่รู้กันมานานแล้วว่ามันอยู่ในตารางธาตุ: ลงมาจากโลหะทรานซิชัน ธาตุเหล่านี้ ซึ่งรวมถึงเหล็กและโคบอลต์ มีโมเมนต์แม่เหล็กสุทธิในสถานะของแข็ง เนื่องจากอะตอมของธาตุเหล่านี้ประกอบด้วยอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่ สถานที่สุดท้ายที่คุณคาดว่าจะพบเฟอร์โรแมกเนติกคือคาร์บอน เนื่องจากอิเล็กตรอนชอบที่จะจับคู่กัน
เพื่อสร้าง
พันธะโควาเลนต์ พันธะเหล่านี้เป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับลำดับแม่เหล็ก ดังนั้นเราจะอธิบายรายงานเกี่ยวกับอำนาจแม่เหล็กที่เพิ่มขึ้นในคาร์บอนได้อย่างไร กลศาสตร์ควอนตัมเชื่อมโยงอำนาจแม่เหล็กอย่างแยกไม่ออกกับโมเมนตัมเชิงมุมภายในหรือ “สปิน” ของอิเล็กตรอน อย่างไรก็ตาม ไม่เหมือนกับโมเมนตัมเชิงมุม
แบบดั้งเดิม ซึ่งสามารถรับค่าใดๆ ก็ได้ สปินของอิเล็กตรอนสามารถมีค่าได้เพียงหนึ่งในสองค่าเท่านั้น: “ขึ้น” หรือ “ลง” อิเล็กตรอนจึงทำตัวเหมือนไดโพลแม่เหล็กเล็กๆ และอะตอมมีโมเมนต์แม่เหล็กสุทธิmถ้าพวกมันมีอิเล็กตรอนแบบสปินอัพมากกว่าอิเล็กตรอนแบบสปินดาวน์ หรือในทางกลับกัน
สิ่งนี้มักเกิดขึ้นหากอะตอมมีเปลือกอิเล็กตรอนที่เต็มไปบางส่วน อย่างไรก็ตาม สสารมีความซับซ้อนมากขึ้นในสถานะของแข็ง ขึ้นอยู่กับวิธีการหมุนของอะตอมต่างๆ ในวัสดุคู่กัน โมเมนต์แม่เหล็กของพวกมันสามารถนำไปสู่สถานะที่มีคำสั่งแม่เหล็กต่ำกว่าสิ่งที่เรียกว่าอุณหภูมิคูรี อุณหภูมิที่สูงกว่านี้
คำสั่งจะถูกทำลายโดยความผันผวนทางความร้อน อันตรกิริยาการแลกเปลี่ยนเหล่านี้Jระหว่างสปินนำไปสู่สองเฟสที่แตกต่างกันในของแข็งขึ้นอยู่กับเครื่องหมาย: เฟสเฟอร์โรแมกเนติกที่อิเล็กตรอนหมุนทั้งหมดในทิศทางเดียวกัน หรือเฟสต้านแม่เหล็กไฟฟ้าที่สปินสำรองชี้ไปในทิศทางตรงกันข้าม
คำอธิบายปัจจุบันของเราเกี่ยวกับลำดับแม่เหล็กขึ้นอยู่กับกระบวนทัศน์ “ m – J ” นี้ แต่การสังเกตเมื่อเร็วๆ นี้เกี่ยวกับอำนาจแม่เหล็กในรูปแบบต่างๆ ของคาร์บอนกำลังขยายภาพนี้จนถึงขีดจำกัด นอกจากนี้ คาร์บอนแม่เหล็กยังสามารถใช้ทำแม่เหล็กราคาถูกที่ปราศจากโลหะสำหรับการใช้งานด้านการแพทย์
นาโนเทคโนโลยี
และโทรคมนาคม และยังนำเสนอโอกาสสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีคาร์บอนเป็นส่วนประกอบอีกด้วย สินค้าคงคลังแม่เหล็กโดยปกติแล้ว ธาตุที่เป็นแม่เหล็กไฟฟ้าที่อุณหภูมิห้องจะมีเพียงธาตุเหล็ก โคบอลต์ และนิเกิลเท่านั้น และจะมีแกโดลิเนียมร่วมด้วยหากสภาพอากาศไม่ร้อนเกินไป ธาตุหายากอื่นๆ
อีกสองสามชนิดในซีรีส์ “4 f ” ได้รับการจัดเรียงตามแม่เหล็กไฟฟ้าที่อุณหภูมิต่ำกว่า และองค์ประกอบเหล่านี้เกือบทั้งหมดมี “สถานะพื้น” แบบเฟอร์โรแมกเนติกหรือแอนติเฟอโรแมกเนติกที่อุณหภูมิต่ำเพียงพอ โครเมียมและแมงกานีสซึ่งอยู่ในซีรีส์ “3 d ” ก็เป็นสารต่อต้านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเช่นกัน
ชุดเหล่านี้เป็นตัวแทนของเปลือกอิเล็กตรอนในอะตอม ซึ่งกำหนดโครงสร้างโดยรวมของตารางธาตุ เปลือก “1 s ” วงในสุดบรรจุอิเล็กตรอนได้สูงสุด 2 อิเล็กตรอน เปลือก “2 p ” บรรจุอิเล็กตรอนได้สูงสุด 6 อิเล็กตรอน และ 3 dและ 4 fเปลือกสามารถบรรจุอิเล็กตรอนได้ 10 และ 14 ตัวตามลำดับ (รูปที่ 1)
วัสดุ ที่มีประโยชน์หลายชนิดเป็นโลหะผสมของโลหะ 3 d ตัวอย่างบางส่วน ได้แก่ เหล็กซิลิคอน (ซึ่งใช้สำหรับเครื่องจักรแม่เหล็กไฟฟ้า) เหล็กนิกเกิล (การป้องกันแม่เหล็กและเซ็นเซอร์) โบรอนเหล็กนีโอไดเมียม (แม่เหล็กถาวรประสิทธิภาพสูง)และแมงกานีสอิริเดียม (วาล์วหมุนและทางแยกอุโมงค์แม่เหล็ก)
ส่วนที่เหลือ
เป็นออกไซด์ของธาตุ 3 มิติซึ่งมีลำดับ “แม่เหล็กเฟอร์ริแมกเนติก” ต่างกันเล็กน้อย และรวมถึงออกไซด์ของเหล็ก (เทปแม่เหล็ก) และแบเรียมเหล็กออกไซด์ (แม่เหล็กติดตู้เย็นและมอเตอร์ขนาดเล็ก) นอกจากวัสดุที่มีประโยชน์เหล่านี้ซึ่งไม่เกินหนึ่งโหลผลิตขึ้นในปริมาณอุตสาหกรรมแล้ว
ยังมีวัสดุอื่นๆ อีกหลายพันชนิดที่ทราบกันดีว่ามีสถานะกราวด์ที่ได้รับคำสั่งจากสนามแม่เหล็ก อย่างไรก็ตาม สารประกอบเหล่านี้ส่วนใหญ่มีอุณหภูมิ Curie ค่อนข้างต่ำ และโอกาสในการค้นหาวัสดุแม่เหล็กชนิดใหม่ที่มีประโยชน์ เช่น วัสดุที่มีลำดับของมันสูงกว่าอุณหภูมิ 500 K นั้นน้อยกว่า 1 ใน 5
วัสดุแม่เหล็กเกี่ยวข้องกับการผสมทางเคมีจำนวนมากของธาตุ 3 dและ 4 fแต่โลหะผสมและสารประกอบส่วนใหญ่ที่มีคำสั่งแม่เหล็กรวมถึงธาตุแม่เหล็กจาก “เกาะแห่งความมั่นคง” สองแห่งในตารางธาตุ เกาะหนึ่งครอบคลุมซีรีย์ 3 d และ 4 dสองสามตัวองค์ประกอบและอื่น ๆ และองค์ประกอบ 5 f สองสามตัว
ทั้งหมดนี้ทิ้งคาร์บอนไว้ที่ไหน? คาร์บอนไม่เพียงเป็นองค์ประกอบที่มีโควาเลนต์มากที่สุดเท่านั้น แต่ยังไม่เป็นแม่เหล็กในสถานะอะตอมด้วยซ้ำ เนื่องจากการหมุนและโมเมนตัมเชิงมุมของอิเล็กตรอน 6 ตัวตัดกันทำให้โมเมนตัมแม่เหล็กสุทธิมีค่าเป็นศูนย์ เมื่อพิจารณาถึงแนวโน้มการต้านแม่เหล็กดังกล่าว
เนื่องจากองค์ประกอบต่างๆ เช่น ออกซิเจนสามารถมีโมเมนต์แม่เหล็กได้เมื่อก่อตัวเป็นโมเลกุล เนื่องจากวงโคจรของโมเลกุลก่อตัวเป็นสปินทริปเล็ตในสถานะพื้น ตัวอย่างเช่น หยดของออกซิเจนเหลวจะถูกเบี่ยงเบนอย่างง่ายดายด้วยแม่เหล็กถาวร และคำสั่งของออกซิเจนที่เป็นของแข็งในโครงสร้าง
ต้านสนามแม่เหล็กที่ซับซ้อนเมื่อถูกทำให้เย็นลงต่ำกว่า 44 เค ออกซิเจนเป็นกรณีแยกหรือไม่ หรือสารเพื่อนบ้านในตารางธาตุอาจก่อตัวเป็นสปินได้เช่นกัน สถานะของโมเลกุล ที่สั่งแม่เหล็ก? รายงานของคาร์บอนแม่เหล็กมีรายงานจำนวนมากเกี่ยวกับแม่เหล็กในคาร์บอน ส่วนใหญ่อยู่ในวรรณกรรมเคมี
ของรัสเซียและญี่ปุ่น แนวคิดคือโมเลกุลอินทรีย์ต่างๆ สามารถผลิตวัสดุที่มีคาร์บอนเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าได้หลังจากที่ได้รับความร้อนในสุญญากาศ อย่างไรก็ตาม รายงานเหล่านี้มักถูกเพิกเฉยโดยนักฟิสิกส์ที่สนใจเกี่ยวกับอำนาจแม่เหล็ก อาจเป็นเพราะนักวิจัยไม่ทราบถึงรายงานเหล่านี้
