Miért vonzza a vegyészt a mágnes? Németh Zoltán, Magkémiai Laboratórium, ELTE Alkímia ma - 2011.03.31.
Mítosz Magnesz görög pásztor az Ida-hegyen sétálgatva odatapadt a földhöz vastalpú szandáljával / vashegyű botjával / csizmájának vasszögeivel stb. 2
Történelem Krétai Knósszosz palotában Minósz trónterme (i.e. 1300 előtt) középen mágnesvasérccel (természetes magnetit, Fe 3 O 4 ) volt kirakva Guan Zhong (Kína, i.e. 720-645): első feljegyzések a mágnesvasércről, mágneses vasoxidokról, vasszulfidokról, összefoglaló nevén lágy kövekről a lágy kő a vas anyja, vonzza magához gyermekét 3
Történelem Thalész (Milétosz, kb. i. e. 624 546): mágnesvasérc lélekkel rendelkezik, így vonzza a vasat Ókori görögök, rómaiak a kis-ázsiai Magnesia ad Sipylum környékéről szerezték be 4
Történelem Wang Chong (Kína, i.sz. 27-97) már a mágneses iránytűről írt, ami egy kanál alakú mágnesvasérc volt 1044. körül már hirtelen hűtéssel mágnesezett vasból készült halat használtak 5
Történelem Kínában tengeri navigáció mágnesezett vastűvel már 1100- tól 1187: Alexander Neckam, mágneses iránytű Európában Pierre Pelerin de Maricourt 1269-ben írt a mágneses pólusokról XVIII. században már ismerték a mágneses pólusokat, a mágnesezhetőséget és a mágneses vonzást, de magyarázni nem tudták 6
Történelem Denis Poisson (1781-1840): mágneses tér, mint erőhatás H. C. Øersted, 1820: elektromos árammal keltett mágneses tér 7
Történelem André Marie Ampère, 1820: az Øersted-kísérlet ismétlése + atomi köráramok okozzák a mágnességet William Sturgeon, 1825: elektromágnes, U alakú mágnes Michael Faraday, 1831: indukció, dinamó, mágneses erővonalak, paramágnes vs. diamágnes 8
Történelem James Clerk Maxwell, 1865: Maxwell-egyenletek XX. század eleje: elemi részecskék, kvantummechanika, spin (Uhlenberg, Goudsmit, Dirac, Heisenberg) mágneses jelenségek (Curie, Néel) 9
A mágnesség természetes formái 10
A mágnesség mesterséges formái 11
Felhasználása ma 12
Felhasználása ma GMR 13 Albert Fert Peter Grünberg
Felhasználása ma GMR 14
Felhasználása ma tengeralattjáró felderítés 15
Mi ebben a kémia? I. Mágneses mérőműszerek II. NMR ESR Mössbauer-spektroszkópia Neutrondiffrakció SQUID stb. Mágneses anyagok erősebb állandó mágnesek különleges mágneses tulajdonságokkal rendelkező anyagok 16
Mi ebben a kémia? / módszerek NMR: nuclear magnetic resonance, mágneses magrezonancia atommag energiaszintjei külső mágneses térben felhasad(hat)nak, a felhasadás pontos mértéke azonban függ a kémiai környezettől is 17
Mi ebben a kémia? / módszerek ESR: párosítatlan elektronok (pl. szerves gyökökben) energiaszintjét hasítjuk fel vö. NMR Mössbauer-spektroszkópia: szintén atommag-szinteket vizsgálunk, de alap- és gerjesztett állapot közötti átmenettel 0-3 -6 ~B eff -4-2 0 2 4 v / mm s -1 18
Mi ebben a kémia? / módszerek Neutrondiffrakció: a neutronok, amellett hogy a röntgensugárzáshoz hasonlóan szóródnak az atomokon, kölcsönhatnak az anyag mágnesességével is, kiegészítve a szerkezeti információt SQUID: szupravezető alapú mágnesezettség-mérő 19
Mi ebben a kémia? / mágnesek vas vegyületei (pl. magnetit) egyéb átmenetifémötvözetek és vegyületek (pl. Al-Ni-Co) ritkaföldfém- ötvözetek és vegyületek (pl. Nd-Fe-B, Sm-Co) 20
Mi ebben a kémia? / mágnesek Föld 0,00003-0,00006 T Rúdmágnes 0,01 T Ritkaföldfém mágnes 0,5-1 T Nagy elektromágnes 1,5 T Szupravezető mágnes néhány 10 T 21
Mi ebben a kémia? / mágnesek 22
Mi ebben a kémia? / anyagok Mágneses viselkedések: diamágnes paramágnes ferromágnes antiferromágnes ferrimágnes spinüveg stb. 23
Mi ebben a kémia? / anyagok Spintronika: spin transzport elektronika mágneses ellenállás: vékonyrétegek, kémiailag módosított oxidok híg mágneses félvezetők: kis átmenetifém-tartalmú félvezetők pl. Co 0.05 Zn 0.95 O 2 multiferroikus anyagok: ferroelektromos + ferromágneses pl. BiFeO 3 24
Mi ebben a kémia? / MR anyagok Spincsap típusú GMR 25
Mi ebben a kémia? / MR anyagok Különleges vékonyrétegek előállítása epitaxiális kristálynövesztés: gázfázisból, a szubsztrát felületének megfelelő kristályszerkezettel való leválasztás akár néhény atomréteg vastagságban 26
Mi ebben a kémia? / MR anyagok A La 1-x Sr x CoO 3 fázisdiagramja 27
Mi ebben a kémia? / MR anyagok A La 1-x Sr x CoO 3 mágneses ellenállása 28
Mi ebben a kémia? / MR anyagok 29
Mi ebben a kémia? / híg mágnesek SnO 2 Sn 0.98 Mn 0.02 O 2 vékonyrétegek mágnesezettsége 30
Mi ebben a kémia? / híg mágnesek ZnO vékonyrétegek 5% Co-tal és különböző mértékű Al-mal 31
Mi ebben a kémia? / multiferroikumok 32
Mi ebben a kémia? / multiferroikumok BiFeO 3 vékonyréteg 33
Mi ebben a kémia? / multiferroikumok A Bi 1-x Ca x FeO 3 vékonyrétegek fázisdiagramja 34
Fejlődés a kémiával IBM RAMAC 1956 Samsung mobil merevlemez 2011 5 MB, $160 000 mai áron 1 000 000 MB, $120 35
Fejlődés a kémiával IBM RAMAC 1956 Samsung mobil merevlemez 2011 5 MB, $160 000 mai áron 1 000 000 MB, $120 36