Curie tenperatura

1. Irudia. Curieren tenperaturaren azpitik, inguruko spin magnetikoak paraleloan lerrokatzen dira ferromagnetoan aplikatutako eremu magnetikorik ezean.

2. Irudia. Curieren tenperaturaren gainetik, bira magnetikoak ausaz lerrokatzen dira paramagneto batean, eremu magnetiko bat aplikatzen ez bada.

Fisikan eta materialen zientzian, Curie tenperatura (T_C) edo Curie puntuaren tenperatura, zenbait materialek euren propietate magnetiko iraunkorrak galtzen dituzten tenperatura da, kasu gehienetan, induzitutako magnetismoagatik ordezkatuak izan daitezkeenak. Curieren tenperaturak Pierre Curieren izena darama, zeinak magnetismoa tenperatura kritiko batean galdu zela erakutsi zuen.

Magnetismoaren indarra momentu magnetikoak zehazten du, momentu angeluarrean sortzen den atomo baten barnean dagoen momentu dipolar batek eta elektroien spinak. Materialek momentu magnetiko intrintsekoen egitura desberdinak dituzte, tenperaturaren araberakoak. Curieren tenperatura puntu kritikoa da non material baten momentu magnetiko intrintsekoak norabidez aldatzen diren.

Magnetismo iraunkorra momentu magnetikoen lerrokatzeak eragiten du. Induzitutako magnetismoa sortzen da momentu magnetiko desordenatuak aplikatutako eremu magnetiko batean lerrokatzera behartuta daudenean. Adibidez, ordenatutako momentu magnetikoak aldatu eta desordenatu egiten dira Curieren tenperaturan. Tenperatura altuenek imanak ahultzen dituzte, berezko magnetismoa Curieren tenperaturaren azpitik baino ez baita gertatzen. Curie-Weissen legetik abiatuta kalkula daiteke Curieren tenperaturaren gainetik dagoen suszeptibilitate magnetikoa, Curie-Weissen legetik eratorria dena.

Material ferromagnetiko eta paramagnetikoekin analogian, Curieren tenperatura ere erabil daiteke ferroelektrizitatearen eta paraelektrizitatearen arteko fase-trantsizioa deskribatzeko. Testuinguru horretan, ordena parametroa polarizazio elektrikoa da, balio finitu batetik zerora pasatzen dena tenperatura Curieren tenperaturaren gainetik igotzen denean.

1. Taula. Materialen Curie tenperaturak

Materiala	Curie Tenperatura (K)
Alnico	973-1133
Kromo (IV) oxidoa (CrO2)	386
Kobaltoa (Co)	1400
CuO-Fe2O3	728
Disprosioa (Dy)	88
Europio oxidoa (EuO)	69
Gadolinioa (Gd)	292
Burdina (Fe)	1043
Burdin (II, III) oxidoa (FeOFe2O3)	858
Burdin (III) oxidoa (Fe2O3)	948
Manganeso antimoniouroa (MnSb)	587
Manganeso artseniuroa (MnAs)	318
Manganeso bismuroa (MnBi)	630
MgO-Fe2O3	713
MnO-Fe2O3	573
Neodimio magnetoak	583-673
Nikela (Ni)	627
NiO-Fe2O3	858
Samario-kobalto magnetoak	993-1073
Ferrita	723
Burdin itrio garnetoa (Y3Fe5O12)	560

Momentu magnetikoak

Momentu magnetikoak atomo baten barruko momentu dipolar iraunkorrak dira, elektroiaren eta spinaren momentu angeluarra μ_l = el/2m_e erlazioagatik ulertzen dutenak, non m_e elektroi baten masa den, μ_l une magnetikoa da eta l momentu angeluarra; erlazio honi erlazio giromagnetikoa deitzen zaio.

Atomo bateko elektroiek bere momentu angeluarreko eta nukleoaren inguruko momentu orbitaleko momentu magnetikoak laguntzen dituzte. Nukleoaren une magnetikoak hutsalak dira elektroien une magnetikoekin konparatuz. Ekarpen termikoek energia handiagoko elektroiak sortzen dituzte, dipoloen arteko lerrokatze eta ordena eteten dituztenak.

Material ferromagnetikoek, paramagnetikoek, ferrimagnetikoek eta antiferromagnetikoek momentu magnetikoko egitura intrintseko desberdinak dituzte. Material baten Curie espezifikoaren tenperaturan, propietate horiek aldatu egiten dira. Antiferromagnetikotik paramagnetikoraino (edo alderantziz) trantsizioa Néelen tenperaturan gertatzen da, Curieren tenperaturaren analogoa dena.

• Momentu magnetikoen orientazioak materialetan
• 
  Ferromagnetismoa: momentu magnetikoak material ferromagnetiko batean. Momentuak ordenaturik daude eta magnitude berekoak dira aplikatutako eremu magnetikorik ez dagoenean.
• 
  Paramagnetismoa: momentu magnetikoak material paramagnetiko batean. Momentuak desordenaturik daude eremu magnetikoa aplikatuta ez dagoenean eta eremu magnetiko aplikatuaren aurrean ordenatuta.
• 
  Ferrimagnetismoa: momentu magnetikoak material ferrimagnetiko batean. Momentuak aurkako moduan lerrokatuta daude eta magnitude ezberdinak dituzte, bi ioi ezberdinez osatuta daudelako. Hau eremu magnetikorik aplikatu gabe sortzen da.
• 
  Antiferromagnetismoa: momentu magnetikoak material antiferromagnetiko batean. Momentuak kontrako norabidean lerrokatuta daude, eta magnitude berekoak dira. Hau eremu magnetikorik aplikatu gabe sortzen da.

Curie tenperaturan propietateak aldatzen zaizkien momentu magnetikodun materialak

Estruktura ferromagnetiko, paramagnetiko, ferrimagnetiko eta antiferromagnetikoak intrintseko momentu magnetikoez eratuta daude. Egitura barneko elektroi guztiak parekatuta badaude, momentuak ezeztatzen dira kontrako spinen eta momentu angeluarren ondorioz. Hori dela eta, eremu magnetiko aplikatu bat izan arren, material hauek propietate ezberdinak dituzte eta ez dute Curie tenperatura.

Paramagnetikoak

Artikulu printzipala: Paramagnetismoa

Material bat paramagnetikoa da soilik Curie tenperatura gainetik. Material paramagnetikoak ez dira magnetikoak eremu magnetikoa ez badago, aldiz, eremu magnetiko bat aplikatzean magnetikoak dira. Eremu magnetikoaren ausentzian, materialak une magnetiko desordenatuak ditu beraz, atomoak asimetrikoak dira eta ez daude lerrokatuta, eremu magnetiko bat dagoenean berriz, aldi baterako une magnetikoak paraleloak dira aplikatutako eremuarekiko, eta atomoak simetrikoak eta lerrokatuak dira. Noranzko berean lerrokatzen diren une magnetikoak eremu magnetiko induzitua eragiten dutenak dira.

Paramagnetismorako, eremu magnetiko aplikatuarekiko erantzun hau positiboa da, eta suszeptibilitate magnetiko bezala ezagutzen da. Suszeptibilitate magnetikoa egoera desordenatuetan, Curieren tenperaturaren gainetik baino ez da aplikatzen.

Curie tenperatura duten materialen kasuan, paramagnetismo iturriak honakoak dira:

• Elektroi desparekatuak dituzten atomo guztiak

• Bete gabeko barne geruzak dituzten atomoak

• Erradikal askeak

• Metalak

Curieren tenperaturaren gainetik, atomoak kitzikatuta daude, eta biratzeko orientazioak ausazkoak bihurtzen dira, baina eremu aplikatu baten bidez berlerrokatu daitezke, hau da, materiala paramagnetikoa bihurtu daiteke. Curieren tenperaturaren azpitik, egitura intrintsekoak trantsizio fase bat izan du, atomoak ordenatuta daude eta materiala ferromagnetikoa da. Material paramagnetikoek eragindako eremu magnetiko oso ahulak dira material ferromagnetikoen eremu magnetikoekin alderatuta.

Ferromagnetikoak

Artikulu printzipala: Ferromagnetismoa

Materialak dagozkien Curie tenperaturen azpitik baino ez dira ferromagnetikoak. Material ferromagnetikoak magnetikoak dira eremu magnetiko aplikaturik ez dagoenean.

Eremu magnetiko bat falta denean, materialak berezko magnetizazioa du, une magnetiko ordenatuen ondorioz; hau da, ferromagnetismorako, atomoak simetrikoak dira eta norabide berean lerrokatuta daude eremu magnetiko iraunkor bat sortuz.

Elkarrekintza magnetikoak elkarrekin mantentzen dira truke-interakzioen bidez; bestela, gorabehera termikoek une magnetikoen interakzio ahulak gaindituko lituzke.

Curieren tenperaturaren azpitik, atomoak lerrokatuta eta paraleloan daude, berezko magnetismoa eraginez; materiala ferromagnetikoa da. Curieren tenperaturaren gainetik, materiala paramagnetikoa da, atomoek beren une magnetiko ordenatuak galtzen baitituzte materialak fase trantsizio bat esperimentatzen duenean.

Ferrimagnetikoak

Artikulu printzipala: Ferrimagnetismoa

Materialak ferrimagnetikoak dira beraien Curie tenperaturaren azpitik daudenean bakarrik. Material ferrimagnetikoak magnetikoak dira aplikatutako eremu magnetikorik ez dagoenean, eta bi ioi ezberdinez osatuta daude.

Eremu magnetiko bat falta denean, materialak, momentu magnetiko ordenatuen emaitza den magnetismo espontaneoa du; beste era batean esanda, ioi baten momentu magnetikoak norabide batean lerrokatuta daude magnitude batean, beste ioiarenak ordea, kontrako norabidean daude lerrokatuta magnitude ezberdin batekin. Momentu magnetikoak balio ezberdinekoak direnez eta lerrokatze ezberdinak dituztenez, oraindik magnetismo espontaneo bat eta eremu magnetiko bat dago.

Material ferromagnetikoen antzera, interakzio magnetikoak elkartrukeen bidez atxikita mantentzen dira. Hala ere, momentuen orientazioak antiparaleloak dira, eta batak besteari bulkada kentzen dionez, bulkada garbia da.

Curieren tenperaturaren gainetik, materiala paramagnetikoa da, atomoek euren une magnetiko ordenatuak galtzen baitituzte materialak fase trantsizio bat jasaten duen heinean.

Antiferromagnetikoak edo Néel tenperatura

Materialak antiferrimagnetikoak beren Néel tenperaturaren azpitik baino ez dira antiferromagnetikoak. Hori Curieren tenperaturaren antzekoa da, non Néelen tenperaturaren gainetik, fase-trantsizio bat jasan eta paramagnetiko bihurtzen den.

Honelako materialek, Néel-en tenperaturatik beherako tenperatura guztietan, kontrako norabideetan lerrokatutako une magnetiko berdinak dituzte, emaitza bezala une magnetiko nulua eta magnetismo garbi nulua ematen dute. Material antiferromagnetikoak oso magnetikoak dira eremu magnetiko aplikaturik dagoenean edo ez dagoenean.

Curie tenperaturan material ferroelektrikoetan

3. irudia. (T₀ azpitik) polarizazio ferroelektrikoa, P, aplikatutako eremu elektriko batean, E.

4. irudia. (T₀ gainetik) polarizazio dielektrikoa, P, aplikatutako eremu elektriko batean, E.

Material ferromagnetikoak eta paramagnetikoak konparatuz, Curie tenperatura (T_C) terminoa material ferroelektriko bat paraelektriko bihurtzen den tenperaturari ere aplikatzen zaio. Beraz, T_C material ferroelektrikoek beren polarizazio espontaneoa galtzen duten tenperatura da, lehen edo bigarren mailako fase-aldaketa gertatzen delarik. Bigarren mailako trantsizio baten kasuan, konstante dielektrikoaren maximoa definitzen duen Curie Weissen (T₀) tenperatura Curieren tenperaturaren berdina da. Hala ere, Curieren tenperatura T₀ baino 10 k altuagoa izan daiteke lehen mailako trantsizio baten kasuan.

TC azpitik	TC gainetik
Ferroelektrikoa	↔ Dielektrikoa (paraelektrikoa)
Antiferroelektrikoa	↔ Dielektrikoa (paraelektrikoa)
Ferrielektrikoa	↔ Dielektrikoa (paraelektrikoa)
Helielektrikoa	↔ Dielektrikoa (paraelektrikoa)

Ferroelektriko eta dielektrikoak

Materialak ferroelektrikoak dira, dagokion T₀ trantsizio-tenperaturaren azpitik badaude. Material ferroelektrikoak denak piroelektrikoak dira, eta, beraz, berezko polarizazio elektrikoa dute, egiturak asimetrikoak baitira.

Material ferroelektrikoen polarizazioa histeresiari lotuta dago (4. irudia); hau da, iraganeko egoeraren eta gaur egungo egoeraren araberakoak dira. Eremu elektriko bat aplikatzen den heinean, dipoloak lerrokatu eta polarizazioa sortzen da eta eremu elektrikoa ezabatzen denean polarizazioak irauten du. Histeresi zikloa tenperaturaren araberakoa da eta, ondorioz, tenperatura igo eta T₀ iritsi ahala, bi kurbak polarizazio dielektrikoan erakusten den bezala bihurgune bihurtzen dira (5. irudia).

Permitibitate erlatiboa

Curie-Weissen legearen aldatutako bertsio bat konstante dielektrikoari aplikatzen zaio, erlatibitate permitibo bezala ere ezagutua:$ϵ={ϵ}_0+\frac{C}{T-T_0}$

Aplikazioak

Beroak induzitutako trantsizio ferromagnetiko-paramagnetikoa, biltegiratze magneto-optikoetan erabiltzen da, datuak ezabatu eta berriak idazteko. Sony Minidisc eta CD-MO formatuak dira hauen adibide entzutetsuenak. Curie tenperaturaren beste erabilera batzuk soldatzaileen tenperatura kontrola eta takometro-sorgailuen tenperatura aldaeren aurka kanpo magnetikoa egonkortzea dira.

Ikus, gainera

• Ferromagnetismo
• Paramagnetismo
• Ferrimagnetismo
• Antiferromagnetismo