Кюри закон

КЮРИ ЗАКОН, температурная зависимость магнитной восприимчивости χ, имеющая вид χ(Т) = С/Т, где С - постоянная Кюри. Справедлив для парамагнетиков, в которых содержатся ионы или молекулы, обладающие магнитным моментом. Кюри закон открыт П. Кюри (1895) при исследовании температурной зависимости магнитной восприимчивости газообразного кислорода и ряда других парамагнитных веществ. Кюри закон выполняется для парамагнитных газов, паров щелочных металлов, разбавленных растворов парамагнитных солей, кристаллических парамагнитных соединений, в которых магнитные ионы разделены группами немагнитных атомов, делающих обменное взаимодействие между магнитными моментами пренебрежимо малым. При учёте обменного взаимодействия Кюри закон переходит в Кюри - Вейса закон. Соответствующие отклонения от Кюри закона наблюдаются при достаточно низких температурах.

Теоретически Кюри закон был впервые получен П. Ланжевеном (1905), который рассмотрел намагничивание газа из N атомов с магнитным моментом μ₀ в рамках классического статистического подхода и получил С = Nμ²₀/3k (k - постоянная Больцмана). В квантовой теории парамагнетизма (Дж. Ван Флек, 1927) значение постоянной Кюри определяется величинами квантовых чисел спинового S, орбитального L и полного J моментов магнитного иона и зависит от соотношения расщеплений уровней энергии иона за счёт спин-орбитального взаимодействия Δ_LS и кристаллического поля Δ_кр. Для систем, содержащих ионы редкоземельных 4f-элементов, Δ_кр << Δ_LS (случай LS-связи) и С = N(qμ_B)²J(J + 1 )/3k при kT << Δ_LS, а при kT >> Δ_ls имеем С = Nμ²_B[L(L + 1) + 4S(S + 1)]/3k (q - фактор Ланде, μ_В - магнетон Бора). Для ионов 3d-металлов (Fe, Со, Ni и др.) обычно Δ_LS << kT << Δ_кр (ситуация замораживания орбитального момента), поэтому постоянная Кюри определяется только спиновым моментом: C = N(2μ_b)²S(S + 1)/3k.

Поскольку теория Ланжевена применима и к моментам другой природы, она описывает поляризацию газа, молекулы которого обладают дипольным электрическим моментом, в электрическом поле (П. Дебай, 1912). Тем самым Кюри закон даёт температурную зависимость диэлектрической восприимчивости газов и разбавленных растворов полярных молекул. Кюри закон применим также к парамагнетизму атомных ядер, причём С определяется эффективным ядерным моментом.

Лит.: Вонсовский С. В. Магнетизм. М., 1971; Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. М., 1978.