キュリー・ワイスの法則

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反強磁性の磁化率の温度依存性
右の常磁性領域がキュリー・ワイスの法則に従っている。(ただし正確には、容易軸・困難軸方向にわけた磁化率を測定しなければならない)

キュリー・ワイスの法則キュリー・ワイス則)とは、強磁性反強磁性キュリー点以上の温度における磁化率の振る舞いを説明する法則である。ピエール・ワイス (Pierre Weiss) が1907年に発表した分子場理論により求めた。

キュリー・ワイスの法則は


\chi = \frac{C}{T - \theta_p}

で表される。ここで

\chi磁化率
C は物質固有のキュリー定数
T は物質の絶対温度(単位はケルビン
\theta_p常磁性キュリー温度(単位はケルビン)。

これは、常磁性体におけるキュリーの法則

\chi = \frac{C}{T}

を拡張し、\theta_pの分だけ平行移動させたものととらえることができる。

この\theta_pは常磁性キュリー温度や漸近キュリー温度、漸近キュリー点などと呼ばれ、強磁性から反磁性へと転移する温度である強磁性キュリー温度Tcとはやや異なった値を示す。具体的には一般に、強磁性体では\theta_pTcよりも少しだけ大きい値をとり、反強磁性体では負の温度となる。常磁性キュリー温度\theta_pは、磁化率の逆数1/χのグラフを低温側に延長して、x軸と交わる (1/χ = 0) 温度として求めることができる。なお、強磁性体や反強磁性体では、強磁性キュリー温度やこれよりも低い温度においては、その物質は自発磁化を有し、キュリー・ワイスの法則は適用できない。

多くの物質(特に強磁性体)において、キュリー・ワイスの法則は常磁性キュリー温度付近の磁化率を説明することができない。これは、キュリー・ワイスの法則が平均場近似に基づいているためである。代わりに臨界指数\gammaを用い、以下の式により臨界挙動を取り扱うことができる。


\chi \sim \frac{1}{(T - T_{c})^\gamma}

しかし、T \gg T_cの温度領域においてはキュリー・ワイスの法則が依然有効である。

強磁性体や強磁性体においては、その磁化率を測定し、キュリー・ワイスの法則よりキュリー定数などを求めることで分子磁場や磁気モーメントの大きさ、交換エネルギーなどを決定することができる。

誘電体のキュリー・ワイス則[編集]

強誘電体でも同様に


\epsilon = \frac{C}{T - T_0}

が成り立っている。ここで

ε誘電率
Tは物質の絶対温度(単位はケルビン
T0は常誘電性キュリー温度(単位はケルビン)。

一般に、常誘電性キュリー温度T0は強誘電性キュリー温度Tcよりも小さい (Tc > T0)。

関連項目[編集]

参考文献[編集]

  • Introduction to Solid State Physics 7th ed. (1996) by Charles Kittel