Ферромагнетизм и сверхпроводимость

На снимке – микрофотография доменов ферромагниетика.

Сразу предупреждение читателям!
Это заметка сугубо физическая, хоть и написана предельно популярно. Так что, те читатели, которых вопросы ФИЗИЧЕСКОГО СМЫСЛА явлений нашего мира не интересуют, могут спокойно перейти к своим, более интересным занятиям! 
Более того, я бы даже рекомендовал  им НЕ забивать свой ум всякими завиральными идеями в такого рода моих заметках. Тем паче, что эти размышления находятся в явном противоречии с общепринятыми в физике взглядами. То бишь, со стадным мышлением физиков-догматиков, которым ещё на школьной или студенческой скамье вбили некие Догматы «Священного Физического Писания» в башку, и, заодно,  выбив из неё начисто способность к интуиции и здравому трезвому мышлению.

Задача – объяснить физически ясно и логично  явление ферромагнетизма.
Общее и разное.
Чёткая граница эффекта – точка (температура) сверхпроводимости и точка (температура) Кюри для ферромагнетиков. Значит механизмы схожие, квантового порядка, то есть не постепенное изменение парамeтра в ту или иную сторону, а СКАЧКОМ! Явление квантовое. Как и красная граница фотоэффекта. Фазовые переходы первого и второго рода.
Сверхпроводимость навряд ли связана с кристаллической структурой металлов. Сверхпроводимость наблюдается у разных металлов с весьма разнообразными формами решёток: Гранецентрированная кубическая, ромбическая, объёмоцентрическая кубическая, тетрагональная, гексагональная. Это явно указывает на полную нелепость идеи о «нулевых колебаниях решётки», якобы помогающих электронам объединяться в Куперовские пары! Своеобразие решёток должно было бы сказаться и на особенностях их «нулевых колебаний», ибо они уж очень РАЗНЫЕ.  А ничего подобного: все пять видов решёток отлично образуют Куперовские пары! Значит НЕ Решётки и их колебания СОЗДАЮТ и СОХРАНЯЮТ эти пары!
А ЧТО???
Ответил на это вопрос о сверхпроводимости не раз в своих заметках (образование Куперовских пар с нулевым магнитным моментом, который сводит к нулю магнитное взаимодействие электронов с магнитным полем кристаллической решётки металлов, то есть исчезновение электрического сопротивления, сверхпроводимость), поэтому заниматься им больше не буду, а перейду к главной теме – ферромагнетизму.

Итак, вопрос: Почему в трёх видах элементов и только в них, проявляется ферромагнетизм?
И во множестве СПЛАВОВ! Тут как раз, думаю, всё ЗАВИСИТ ОТ РЕШЁТКИ!
Кобальт, никель, железо.
Ведь странно, что беспорядочно летающие с огромными скоростями в сотни и тысячи километров в секунду электроны в этих трёх металлах, сами собой вдруг спонтанно и постоянно повёрнуты спинами в одну сторону в пределах неких областей. Доменов! А естественное вроде бы их взаимное отталкивание однополюсными магнитными полями не изменяет их направления.
Если смешать маленькие полосовые магнитики в какой-нибудь коробке, и начать с силой трясти её  туда-сюда, они ведь «слипнутся» разными полюсами друг с другом!

Вопрос: Почему в определённом объёме все спины свободных электронов повёрнуты в одну сторону, а не, как во всех прочих металлах, хаотично разнонаправлены?

Первая попытка: Возможно, электроны летают там с такими большими скоростями, что они не могут надолго «слипнуться» друг с другом.  То есть в этих трёх металлах нулевые энергии электронов особенно велики по сравнению со всеми другими неферромагнетиками. Никаких сведений об этом специфическом вопросе я не нашёл. Объяснение это, как шепчет мне интуиция, СЛАБОВАТОЕ и, скорей всего, неверное!

Другая попытка. Возможно, что есть некое магнитное поле кристаллической решётки, которое не даёт им переориентироваться?
(Я оставляю в стороне мифические «специфически квантовые» ОБМЕННЫЕ СИЛЫ, как просто надуманные и не имеющие под собой НИКАКОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ РЕАЛЬНОСТИ!)
 
То есть магнитное поле решётки домена очень сильно держит спины электронов в пределах домена однонаправленными.  Это значит, что суммарное поле каждого домена, задаваемое НЕ ЭЛЕКТРОНАМИ, а самой решёткой, определяет «спецификацию» домена и то, что мы видим на микрофотографиях отшлифованных срезов ферромагнетика – это НЕ ПОЛЯ СПОНТАННО ОДНОНАПРАВЛЕННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ, а суммарные статические магнитные поля решёток, создающих эту однонаправленность и поля повёрнутых ими магнитных моментов электронов.
Причём поле решётки, назовём его порядкообразущим или доменообразующим, полностью УРАВНОВЕШИВАЕТСЯ полем соответственно направленных электронных магнитных моментов, вызванных спином электронов. То есть суммарная индукция  Магнетонов Бора электронов равна и противонаправленна сумме Магнетонов Бора ионов кристаллической решётки в каждом домене!
Суммарное магнитное поле каждого домена при отсутствии внешнего магнитного поля почти равно нулю!
На основании чего я делаю такой странный вывод?
На основании всё тех же микрофотографий! На них чётко просматриваются границы каждого домена в виде тоненькой чёрточки  пылеобразного ферромагнетика-визуализатора. Но если такую пыль напылить на обычные магниты, то будут не чёрточки-линии, а сплошные поля пыли, причём максимум плотности этих пятен будет как раз в центре среза такого полосового магнитика. А на фотографиях – тоненькие чёрточки-линии, на которых скопилась ферромагнитная пыль, ибо только там поля разных доменов чуть-чуть не компенсируют друг друга!!!

Упаковки ионов и точки Кюри, то есть температуры, при которых исчезает явление ферромагнетизма.
Кобальт – гексагональная плотноупакованная в Альфа — модификации и гранецентрированная кубическая в Бета—модиикации.  Точка Кюри - 1388 С
Никель – гранецентрированная кубическая  Точка Кюри - 627 С
Железо – объёмноцентрированная кубическая. Точка Кюри - 1043 С

Общее поля куска ферромагнетика – нуль. Почему?
Можно, конечно, ответить сугубо в традициях общепринятой физики – заведомой лжи:
Де, потому, что это «энергетически наиболее выгодное состояние»! Очень распространённое псевообъяснение, неявно приписывающее мёртвой материи трогательную заботу о сохранениии ею минимальной энергии.
(И ЭТОТ БРЕД декларируется во всех учебниках физики для ВУЗов!!!!)
Но мёртвая материя не рассуждает и не мыслит НАШИМИ тупыми умственными догмами! Она подчиняется лишь одному – действию сил!
Поэтому именно с этой позиции  и следует отвечать на этот вопрос.
Магнитики-домены прилипают разнонаправленно друг к другу гранями, в которых из-за краевых эффектов их поля не совсем уравновешены!!! Если долго трясти коробку с магнитиками, упомянутую вначале этих рассуждений, то в конечном счёте, в результате чисто случайных слипаний и разлипаний, в коробке «САМО СОБОЙ» образуется некое слипшеея из магнитиков тело с суммарным магнитным полем, примерно равным нулю!

Намагничивание. Поворот доменов или сдвигание стенки Блоха СКАЧКОМ!
Внешнее магнитное поле НАРУШАЕТ равновесие, давая некое преимущественное направление  вектора магнитной индукции. До определённого состояния оно не вызывает скачка переориентации, но когда некоторые домены начинают эту переориентацию своих полей, происходит  цепная, точней, лавинообразная реакция, захватывающая многие ещё не сориентировавшиеся домены. Ибо каждый «повернувшийся» и/или «разросшийся» домен создаёт уже своё НЕУРАВНОВЕШЕННОЕ поле, совпадающее со внешним по направлению, и оно влияет на соседние, вызывая также и их переориентацию. 
Самое главное в вопросе магнитной восприимчивости ферромагнетиков, помещённых во внешнее магнитное поле, это то, что НЕ электроны в домене поворачивают свои спины по полю, а само поле ионов домена скачком поворачивает своё поле при определённой величине индукции внешнего поля и ОНО УЖЕ поворачивает все электронные спины (магнитные моменты) электронов. То есть, снова,  те щелчки  в наушниках, которые мы слышим,  и «всплески индукционного тока», которые мы видим на экране осциллоскопа при намагничивании полоски железа, это переориентировка самих магнитных полей ионов в домене и связанная с этим переориентировка магнитных моментов электронов. 

Таково моё видение и толкование ферромагнетизма, обходящееся без всяких надуманных «обменных сил», сегодня весьма популярных и общепринятых в квантовой физике. Хотя ни один физик - квантовик физического смысла этих воображаемых сил объяснить не сможет. Вместо этого он лихорадочно начнёт выписывать уравнения, «доказывающие» существование этих фантастических сверхестественных сил. На самом деле ничего не доказывающих, ибо математика никогда не отвечала на сугубо физический вопрос «ПОЧЕМУ». И все эти уравнения – лишь удобный математический приём подменить НЕПОНИМАНИЕ настоящего физического эффекта неким замысловатым математическим шаманством в стиле: Аллах так захотел!

«Не столь благотворна истина, сколь зловредна её видимость»
Франсуа де Ларошфуко.
11 V 2022


Рецензии
Приветствую, Эспри!

Как обычно, не могу на равных обсуждать и комментировать явления, о которых имею достаточно поверхностное представление, поэтому отталкиваюсь лишь от собственной логики в попытке обрисовать качественную картину.
Мне думается, ситуация с образованием и взаимным расположением доменов отчасти схожа со структурным строением кристаллических материалов. В микроскопе на их срезе видна зернистая структура, которая формируется при затвердевании из расплава. При этом расположение кристаллов внутри некоторого рассматриваемого куска материала хаотично. Однако при помощи специальных технологий можно сформировать особую кристаллическую структуру — монокристалл.
Нечто подобное может происходить и с намагниченностью. В процессе остывания расплава возникает множество "доменных центров", внутри которых магнитное поле всех элементов, как и положено, ориентировано в одном направлении, однако ввиду огромного количества таких центров с разнонаправленными силовыми линиями результирующее поле обнуляется. Самим же доменам приходится "терпеть" друг друга, как хаотично стоящим пассажирам в переполненном вагоне. Если бы этим пассажирам удалось встать стройными рядами, они могли бы убедиться, что это гораздо комфортнее, но сами на это не способны, только принудительно. Роль такого принуждения и играет сильное внешнее поле. Быть может, приведённая аналогия была бы точнее, если рассматривать не самих пассажиров, а их громоздкий багаж. Нетрудно догадаться, что если он не хаотично разбросан по полу, а аккуратно сложен в линии, то и перемещаться по такому пространству легче и быстрее (сверхпроводимость).

Вот такие соображения от дилетанта.

Мои наилучшие пожелания!

Августин Летописец   13.11.2022 19:38     Заявить о нарушении
Уважаемый Августин Летописец,
Благодарю Вас за труд по прочтению этой заметочки и написанию комментария.
В целом Вы правы!
Есть, однако, детали. В обычном ферромагнетике, который не прошёл предварительного намагничивания, домены, то есть области спонтанного однополярного намагничивания, располагаются НЕ хаотично, а так, что их поля взаимно "аннулируют" действие друг друга. Под влиянием внешнего магнитного поля в ферромагнетике могут происходить два, схожих по результату, процесса.
Границы доменов начинают так сдвигаться, что преобладающими становятся разросшиеся по направлению внешнего поля домены. Причём этот процесс ДИСКРЕТНЫЙ, то есть квантовый, скачкообразный, а не постепенный.
Другой механизм -- это поворот доменов аналогичным образом, по полю. Тоже скачкообразный.

Ваша мысль об удобстве пассажиров или их багажа, неявно намекает на некий физичекий принцип "Энергетический выгодного состояния". Такое объяснение является обычным в физике, хотя мне оно не нравится. Мёртвая природа, в отличие от пассажиров с багажом, никакого "выгодного или невыгодного энергетического состояния", "порядка" или "беспорядка" НЕ ЗНАЕТ"!
В ней всё происходит под действием сил, механических или полевых.
"У природы -- нет плохой погоды"
Порядок или беспорядок, называемый Энтропией, -- это НЕ СОСТОЯНИЯ мёртвой природы, к которым она "стремится" или "не терпит". Это НАШИ, ПРИДУМАННЫЕ НАМИ, понятия, как и не раз упомянутая вероятность. В природе есть вероятные процессы, но "ВЕРОЯТНЫ" они лишь с НАШЕЙ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ точки зрения!
С искренней признательностью за Ваш НЕдилетантский подход Эспри

Эспри Де Лэскалье   13.11.2022 20:40   Заявить о нарушении
Ещё несколько слов от дилетанта, если позволите.
Несомненно, в природе всё происходит под действием сил, механических или полевых (однако при ближайшем рассмотрении окажется, что механические — лишь интегральная составляющая невообразимого множества полевых и рассматриваются нами отдельно применительно к макромиру из соображений удобства описания и прикладного применения).
А скачкообразные (квантовые) переходы характерны для многих процессов — взять те же переходы из одного агрегатного состояния в другое или запуск химических или ядерных реакций.
Когда же мы говорим о наиболее энергетически выгодном состоянии, подразумеваем формулу "энергия есть движение", и, соответственно, рассматриваемая система выбирает конфигурацию, при которой сопротивление этому движению минимально (как, например, флюгер). Работает чисто количественный фактор: движущаяся среда (в самом общем виде — молекулы, атомы, элементарные частицы, фотоны...) импульсами составляющих её элементов ориентирует находящийся на её пути объект таким образом, что в результате его сопротивление движению минимизируется. Это состояние мы и называем энергетически наиболее выгодным.

Августин Летописец   13.11.2022 21:11   Заявить о нарушении
Уважаемый Августин Летописец,
Вновь, согласен с Вашими доводами, ПОЧТИ!
Из них следует со всей очевидностью, что в природе никакого ВЫБОРА между выгодным или невыгодным нет. Это лишь НАШИ представления о "выгоде". Система мёртвых тел ни к чему не стремится, ибо у неё НЕТ СВОБОДЫ ВОЛИ, как у амёбы! Она, амёба, может к чему-то СТРЕМИТЬСЯ. Система же никуда не стремится, по пути ли наибольшего или наименьшего сопротивления типа принципа Монпертьюи.
Вновь, у людей врождённая генетическая тупость - пристрастие к антропоморфизму, то есть форме гилозоизма, "оразумнивании" мёртвой природы! На самом деле, это всего лишь НАШИ понятия и наши выдумки. Ни одно тело в природе ничего не хочет и ни к чему не стремится.
Флюгер поворачивается не по направлению наименьшего сопротивления потоку воздуха, а потому что АЭРОДИНМИЧЕСКИЕ силы, оказывают неравное давление на его "хвостовое оперение". И он поворачивается до тех пор, пока силы с обеих сторон не уравновесят друг друга!
Говорить энергия -- есть движение -- это слишком уже узко. Сжатая пружина никуда не движется, два отталкивающихся заряда или магнита, или притягивающихся, если они связаны другими силами, никуда не движутся, тем не менее энергии там достаточно!
С признательностью Ваш Эспри

Эспри Де Лэскалье   13.11.2022 23:45   Заявить о нарушении
Эспри, мы, кажется, вновь впадаем в дискуссию не по существу, а о терминах.
"Энергия есть движение". Разумеется, какое движение может быть у потенциальной энергии? Только "запасённое" (отложенное) каким-то предыдущим движением. Если речь о пружине, то её сжатием либо растяжением. С удержанием заряженных частиц в электрическом (магнитном) поле несколько иначе: сначала нужно объяснить природу такого поля, а этого до сих пор нет и пока не предвидится. Что такое его силовые линии, как и чем они формируются? Формируются, а не отображаются! Не имея возможности обосновать своё предположение, лишь выскажу его: быть может, это поток особого рода частиц, размеры которых невообразимо малы в сравнении с техническими возможностями наших средств наблюдения и теоретическими выкладками касательно строения материи. На макроуровне обладающие магнитными свойствами предметы удерживаются предварительным введением в систему тормозящего объекта, что сопряжено с его перемещением (движением).
Точно так же, говоря об "энергетической выгоде", мы лишь используем определённое слово в качестве термина, не вкладывая в него квазиэкономический смысл. Движущийся поток не ставит перед собой цель минимизировать потери своей энергии при движении, лишь затрачивает какую-то её часть на преодоление препятствия. В случае с флюгером этой энергии достаточно для изменения положения флюгера в пространстве, в результате чего потери энергии минимизируются, но ни флюгер, ни поток не могут ни оценить это ввиду отсутствия способностей к анализу, ни как-то повлиять на процесс. Система не стремится к чему-либо, это очевидно, имеют место лишь некоторые процессы и их результаты, которые мы ДЛЯ СЕБЯ описываем понятным нам языком.

(И, кстати, я не делаю тайны из своего имени на этой странице. Но обращайтесь как Вам удобнее, это на Ваше усмотрение).

Августин Летописец   14.11.2022 02:54   Заявить о нарушении
PS
Озвученные здесь вопросы относительно полей, волн и прочем в гораздо большем количестве представлены в публикации "О непрерывности, пространстве и эфире" (http://proza.ru/2017/06/15/1). Если заинтересует, разумеется.

Августин Летописец   14.11.2022 03:13   Заявить о нарушении
Дорогой Августин Летописец,

Да, опять завязывается длинная дискуссия и поэтому я предлагаю перенести её в электронную почту, ибо далеко не всем читателям будет интересно входить в детали полемики!
Ваш с признательностью Эспри

Эспри Де Лэскалье   14.11.2022 03:35   Заявить о нарушении