LABORATORIO MATERIALI MAGNETICI
cod. 18970

Anno accademico 2007/08
2° anno di corso - Secondo semestre
Docente
Settore scientifico disciplinare
Fisica della materia (FIS/03)
Field
Discipline fisiche e chimiche
Tipologia attività formativa
Caratterizzante
60 ore
di attività frontali
4 crediti
sede:
insegnamento
in - - -

Obiettivi formativi

<br />Scopo del corso è di fornire agli studenti una panoramica delle tecniche moderne di magnetometria finalizzate alla caratterizzazione delle proprietà dei materiali magnetici, in particolare dei materiali con interesse applicativo. Con finalità propedeutica, verranno illustrate agli studenti le tecniche per la generazione di campi magnetici, quelle relative alla misura dell'intensità del campo magnetico ed i principali metodi per la misura di grandezze magnetiche, quali la suscettibilità magnetica, la magnetizzazione e l'anisotropia magnetica. Oltre alla descrizione ed all'utilizzo di strumenti convenzionali, verranno mostrati agli studenti allestimenti e tecniche di misura realizzati ad hoc, che costituiscono essi stessi parte dell'attività di ricerca. Per quanto riguarda i materiali che verranno utilizzati per gli esperimenti, è possibile citare i composti intermetallici del tipo terra rara-metallo di transizione e gli ossidi ferrimagnetici esagonali che trovano entrambi applicazione nel campo dei magneti permanenti; composti e leghe che hanno potenziali applicazioni nel campo della refrigerazione magnetica; film sottili e multistrati magnetici, che presentano possibili applicazioni nell'ambito della tecnologia dei microsistemi e dell' information storage. Le misure sperimentali su tali materiali consisteranno tra l'altro nella determinazione dei principali parametri di interesse sia dal punto di vista fondamentale che applicativo.<br /> 

Prerequisiti

<br />-     Elettromagnetismo e laboratorio di elettromagnetismo <br />-     Chimica generale<br />-     Fondamenti di fisica dello stato solido<br /> 

Contenuti dell'insegnamento

<br />1-Parte teorica:<br />Cenni sulle proprietà magnetiche dei materiali:<br />-    Dia-, para-, ferro- e ferrimagnetismo; leggi di Curie e di Curie-Weiss. Antiferromagnetismo: modello di Néel;<br />-    Proprietà intrinseche: magnetizzazione; temperatura di Curie. Cenni di teoria termodinamica delle transizioni di fase. Analisi delle fasi magnetiche. L'anisotropia magnetica: anisotropia di forma; effetto del campo smagnetizzante. Anisotropia cristallina: descrizione fenomenologica. Transizioni di riorientazione di spin (SRT) e processi di magnetizzazione del primo ordine (FOMP);<br />-    Proprietà estrinseche: pareti e domini; particelle fini. I meccanismi di inversione della magnetizzazione: particelle singolo dominio, rotazione coerente, modello Stoner e Wohlfarth, processi non uniformi, moto delle pareti di dominio, pinning e nucleazione, paradosso di Brown;<br />-    Applicazioni dei materiali magnetici: magneti permanenti e registrazione magnetica.<br /> <br />Tecniche<br />-    Generazione e misura di campi magnetici;<br />-    misura della magnetizzazione: tecniche induttive in circuito chiuso e in circuito aperto: magnetometro ad estrazione, Vibrating Sample Magnetometer. Il magnetometro SQUID;<br />-    misura della magnetizzazione: metodi basati sulla misura della forza; Magnetometro a pendolo stazionario, Alternating Force Gradient Magnetometer;<br />-    misura della suscettibilità magnetica: principio di funzionamento del suscettometro ac;<br />-    Tecniche di misura dell’anisotropia magnetica; tecnica Singular Point Detection.<br /> <br />2-Parte sperimentale:<br />Serie di esperienze propedeutiche:<br />-    Caratterizzazione magnetica di dia- e paramagneti: suscettibilità, costante di Curie;<br />-    Caratterizzazione magnetica di antiferromagneti: temperatura di Néel, legge Curie-Weiss;<br />-    Caratterizzazione magnetica di ferromagneti: temperatura di Curie, ciclo di isteresi;<br />-    L’effetto del campo smagnetizzante: materiali ferromagnetici soft;<br />-    Individuazione della temperatura di Curie con il metodo di Belov-Goryaga;<br />-    effetto penetrazione pellicolare: dipendenza dalla frequenza della suscettibilità magnetica complessa di un conduttore metallico.<br /> <br />Serie di esperienze specialistiche (a titolo esemplificativo):<br />-    Studio dei processi di riorientazione di spin in cristalli di esaferriti di Ba o Sr;<br />-    Analisi delle proprietà estrinseche di film sottili ferromagnetici: curve butterfly, viscosità magnetica e cicli di recoil;<br />-    Analisi dell’effetto magnetocalorico nei dintorni della temperatura di Curie di un ferromagnete;<br />-    Determinazione dei campi critici di policristalli ferromagnetici: tecnica SPD e suscettibilità magnetica complessa;<br />-    Caratterizzazione di film sottili di magnetite: transizione di Verwey, effetto exchange-bias.<br /> 

Programma esteso

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Bibliografia

<br />Dispense del docente<br /> <br />Altri testi utili:<br /> <br />Introduction to Magnetism and Magnetic Materials<br />D. Jiles<br />I edition<br />Chapman & Hall, London 1991<br />ISBN 0412386402<br /> <br />Solid State Magnetism<br />J. Crangle<br />Edward Arnold, London 1991<br />ISBN 0340545526

Metodi didattici

<br />Lo studente è tenuto a partecipare attivamente a tutte le sedute di laboratorio. Al termine del corso dovrà presentare 2 relazioni (individuali): la prima su una serie di esperienze della prima parte (propedeutiche) e la seconda su una serie di esperienze della seconda parte (specialistiche). Le due relazioni verranno poi discusse con lo studente mediante una presentazione in forma seminariale.

Modalità verifica apprendimento

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Altre informazioni

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