Das Curie-Weiss-Gesetz (nach Pierre Curie und Pierre-Ernest Weiss) beschreibt die magnetischen Eigenschaften von ferro- und antiferromagnetischen Substanzen mit lokalisierten magnetischen Momenten in deren paramagnetischer Phase, also (ausreichend weit) oberhalb der Ordnungstemperatur. In Ferromagneten ist dies die Curie-Temperatur , in Antiferromagneten die Néel-Temperatur . Im Gegensatz zu idealen Paramagneten gibt es in (Anti-)Ferromagneten Austauschwechselwirkungen zwischen den magnetischen Momenten (Spins), welche entweder eine parallele (ferromagnetische) oder antiparallele (antiferromagnetische) Ausrichtung der Spins zueinander begünstigen.
Im Fall eines Paramagneten ohne Wechselwirkungen in kleinen Magnetfeldern wird die Magnetisierung bzw. die magnetische Suszeptibilität des Systems als Funktion der Temperatur durch das Curiesche Gesetz beschrieben . Dabei ist die sogenannte Curie-Konstante. Das Vorhandensein von Austauschwechselwirkungen zwischen den Momenten führt dazu, dass die Magnetisierung verstärkt oder verringert wird. Dieser Effekt wird im Curie-Weiss-Modell als sogenanntes mean-field (mittleres Feld) modelliert, welches ungefähr gleich auf alle magnetischen Momente wirkt.
Das Curie-Weiss-Gesetz fasst dieses Verhalten zusammen, indem die Temperatur im Curie-Gesetz um die sogenannte (Curie-)Weiss-Temperatur verringert wird. Es gilt dann
.
Dieses Modell gilt nur, wenn die Temperatur hoch genug ist, dass Quanteneffekte (z. B. Frustrations- oder Kristallfeldeffekte) gegenüber thermischen Schwankungen vernachlässigbar sind. Insbesondere sollte also gelten . kann sowohl positiv als auch negativ sein, je nachdem ob ferro- der antiferromagnetische Korrelationen dominieren. In idealen Ferromagneten ist , in idealen Antiferromagneten ist . In realen Antiferromagneten ist oft .
Im Grenzfall, dass die Temperatur ungefähr der Weiss-Temperatur entspricht, also nahe am Phasenübergang dominieren irgendwann thermische Fluktuationen und das Curie-Weiss-Gesetz verliert seine Gültigkeit. (Ausreichend weit) Unterhalb des Phasenübergangs ist die Magnetisierung eines geordneten magnetischen Systems konstant.
Literatur Heiko Lueken: Magnetochemie. B.G. Teubner, Stuttgart/Leipzig 1999, ISBN 3-519-03530-8. Bergmann-Schaefer Lehrbuch der Experimentalphysik Band 2: Elektrizität und Magnetismus. 7. Auflage. de Gruyter, 1987, ISBN 3-11-010261-7. Rudolf Gross, Achim Marx: Festkörperphysik. 4., aktualisierte Auflage. de Gruyter, 2023, ISBN 978-3-11-078234-9. Siegfried Hunklinger, Christian Enss: Festkörperphysik. 6., aktualisierte Auflage. de Gruyter, 2023, ISBN 978-3-11-102708-1. Sam Mugiraneza, Alannah M. Hallas: Tutorial: a beginner’s guide to interpreting magnetic susceptibility data with the Curie-Weiss law. In: Communications Physics. 5(1), 2022, doi:10.1038/s42005-022-00853-y
Einzelnachweise
Kategorie:Magnetismus Kategorie:Pierre Curie