Дизайн сверхпроводников, магнитов, взрывчатых веществ - Артем Оганов
содержание видео
Дата: 2022-05-15
Похожие видео
Комментарии и отзывы: 10
Fedorov
В наивном представлении о релятивистской природе магнетизма 4: 50 лектор активно путает магнетизм электрона с магнетизмом атома и вещества. Рассказывая о том, что -внутренний электрон атома на очень большой скорости проходит мимо ядра атома-, лектор предлагает делать магниты из крупных атомов, полагая, что этим увеличит магнитные свойства вещества за счет орбитального магнитного момента электронов. -
Действительно, и это общеизвестно, из модельных представлений о том, что электрон притягивается к ядру кулоновским взаимодействием, а отрывается центростремительным ускорением вращения, его стабильное равновесное состояние связывают со скоростью, которой он должен обладать, вращаясь на орбитали вокруг ядра, и эта скорость обратно пропорциональна номеру орбитали. Из этой модели очевидно, что чем больше заряд ядра атома, тем выше скорость электронов на более низких орбиталях и тем выше их магнитный момент. Однако, когда говорят о магнетизме вещества, речь фактически (не касаясь аспектов микроструктуры материала) идет об орбитальном моменте атома, представляющем собой векторную результирующую всех орбитальных магнитных моментов электронов, которые, как правило, друг друга компенсируют, предположительно, из-за крайне сложной геометрии орбиталей, и сильный магнетизм веществ определяется суммарной структурой спиновых магнитных моментов, которая, бывает нескомпенсированной.
С позиций теории ферромагнетизма, а сильный магнит - это ферро- или ферримагнетик, магнитные свойства материала обусловлены не столько орбитальными магнитными моментами, сколько спиновыми. -
Спиновые моменты в материале выстраиваются по принципу Хунда. Принцип заключается в том, что при заполнении оболочки электронами, магнитные спиновые моменты на ней первоначально выстраиваются в одном направлении, а лишь затем начинают компенсироваться моментами противоположного направления при появлении на оболочке новых электронов. Некомпенсированными, определяющими магнитные параметры материала, будут спиновые конфигурации внешних оболочек атомов. Если оболочки, которые содержат нескомпенсированные спиновые моменты - наружные, с точки зрения стабильности сильных магнитных свойств материала это плохо: именно эти оболочки в сплавах и соединениях вступают во взаимодействие (перекрываются) и деформируются, от этого меняется ориентация спиновых моментов и их результирующая. У урана, например, аж 4 нескомпенсированных спиновых момента, в то время, как у железа - 3, но уран парамагнетик, в отличие от железа (ферромагнетик, потому что у урана 3 спиновых момента находятся на внешней (деформируемой f-орбитали, в то время, как у железа эти 3 спиновых момента находятся на 3d-орбитали, прикрытой снаружи 4s-орбиталью. -
Если, применительно к тяжелому урану, говорить об увеличении магнитных характеристик материалов в результате реализации другого релятивистского механизма - роста орбитальных моментов наружных оболочек, то это тоже вопрос. Чтобы эти моменты увеличились, электронные оболочки (орбитали) должны расшириться, поскольку орбитальный магнитный момент электрона прямо пропорционален площади (т. е. радиусу) своей орбитали.
Будет ли такое расширение наблюдаться в сплаве железа с ураном? Едва ли: если говорить о изменении форм наружных орбиталей, собственно, и формирующих спиновый момент атома (d-орбитали в атоме железа и d-f-орбитали в атоме урана, тут тоже вопрос, каково это изменение: радиус урана-235 равен 1, 38 А, а радиус атома железа - 1, 58 А - в конфигурации взаимодействия наружных оболочек геометрическая роль атома урана сомнительна. А геометрические характеристики внутренних электронных оболочек едва ли как-то изменятся от такого соседства. -
Если мы говорим о том, что тяжелые атомы в соединениях или сплавах стабилизируют конфигурацию нескомпенсированных спиновых магнитных моментов, то это, возможно, и так, но на этот счет нет никаких прогностических моделей и методов, и это лишь гипотеза.
ответить
В наивном представлении о релятивистской природе магнетизма 4: 50 лектор активно путает магнетизм электрона с магнетизмом атома и вещества. Рассказывая о том, что -внутренний электрон атома на очень большой скорости проходит мимо ядра атома-, лектор предлагает делать магниты из крупных атомов, полагая, что этим увеличит магнитные свойства вещества за счет орбитального магнитного момента электронов. -
Действительно, и это общеизвестно, из модельных представлений о том, что электрон притягивается к ядру кулоновским взаимодействием, а отрывается центростремительным ускорением вращения, его стабильное равновесное состояние связывают со скоростью, которой он должен обладать, вращаясь на орбитали вокруг ядра, и эта скорость обратно пропорциональна номеру орбитали. Из этой модели очевидно, что чем больше заряд ядра атома, тем выше скорость электронов на более низких орбиталях и тем выше их магнитный момент. Однако, когда говорят о магнетизме вещества, речь фактически (не касаясь аспектов микроструктуры материала) идет об орбитальном моменте атома, представляющем собой векторную результирующую всех орбитальных магнитных моментов электронов, которые, как правило, друг друга компенсируют, предположительно, из-за крайне сложной геометрии орбиталей, и сильный магнетизм веществ определяется суммарной структурой спиновых магнитных моментов, которая, бывает нескомпенсированной.
С позиций теории ферромагнетизма, а сильный магнит - это ферро- или ферримагнетик, магнитные свойства материала обусловлены не столько орбитальными магнитными моментами, сколько спиновыми. -
Спиновые моменты в материале выстраиваются по принципу Хунда. Принцип заключается в том, что при заполнении оболочки электронами, магнитные спиновые моменты на ней первоначально выстраиваются в одном направлении, а лишь затем начинают компенсироваться моментами противоположного направления при появлении на оболочке новых электронов. Некомпенсированными, определяющими магнитные параметры материала, будут спиновые конфигурации внешних оболочек атомов. Если оболочки, которые содержат нескомпенсированные спиновые моменты - наружные, с точки зрения стабильности сильных магнитных свойств материала это плохо: именно эти оболочки в сплавах и соединениях вступают во взаимодействие (перекрываются) и деформируются, от этого меняется ориентация спиновых моментов и их результирующая. У урана, например, аж 4 нескомпенсированных спиновых момента, в то время, как у железа - 3, но уран парамагнетик, в отличие от железа (ферромагнетик, потому что у урана 3 спиновых момента находятся на внешней (деформируемой f-орбитали, в то время, как у железа эти 3 спиновых момента находятся на 3d-орбитали, прикрытой снаружи 4s-орбиталью. -
Если, применительно к тяжелому урану, говорить об увеличении магнитных характеристик материалов в результате реализации другого релятивистского механизма - роста орбитальных моментов наружных оболочек, то это тоже вопрос. Чтобы эти моменты увеличились, электронные оболочки (орбитали) должны расшириться, поскольку орбитальный магнитный момент электрона прямо пропорционален площади (т. е. радиусу) своей орбитали.
Будет ли такое расширение наблюдаться в сплаве железа с ураном? Едва ли: если говорить о изменении форм наружных орбиталей, собственно, и формирующих спиновый момент атома (d-орбитали в атоме железа и d-f-орбитали в атоме урана, тут тоже вопрос, каково это изменение: радиус урана-235 равен 1, 38 А, а радиус атома железа - 1, 58 А - в конфигурации взаимодействия наружных оболочек геометрическая роль атома урана сомнительна. А геометрические характеристики внутренних электронных оболочек едва ли как-то изменятся от такого соседства. -
Если мы говорим о том, что тяжелые атомы в соединениях или сплавах стабилизируют конфигурацию нескомпенсированных спиновых магнитных моментов, то это, возможно, и так, но на этот счет нет никаких прогностических моделей и методов, и это лишь гипотеза.
ответить
Fedorov
Совершенно очевидно, что местами человек просто не понимает, о чем он говорит.
Вот, например, с 1-ой минуты об РЗМ: Китай -монополизировал все редкоземельные элементы в мире-.
Что значит - монополизировал! Да, у Китая 30 % мировых запасов РЗМ, но у России - 10 %. И это без неизученной территории Восточной Якутии (около 1 млн кв. км) и шельфа (5 млн кв. км. То есть, в России есть неизученаая территория с площадью почти равной Китаю, где есть указания на перспективные месторождения, но -Китай все монополизировал-? Да, производство РЗМ в Китае составляет более 90 % мирового, но кто заставлял Россию убить собственное производство редких металлов? И почему его не восстановить, раз уж такая задача встанет?
К чему призывы, имея мощную отечественную сырьевую базу РЗМ, отказываться от производства постоянных РЗМ- магнитов, ссылаясь на монополию Китая? Это, типа, давайте будем делать мебель из пластика, поскольку вся деревообработка сосредоточена в Китае, потому что, хоть у нас леса и завались, мы его все равно в Китай вывозим?
Купил все месторождения РЗМ в мире? Нет, это не так, хотя Китай и лезет в их разработку во всех странах.
И еще, что значит - -монополизировал, пока другие не обращали на это внимание-? Не надо все так опошлять. С 1980-х годов, после окончания т. н. -культурной революции-, нищий Китай взял курс на определение направлений, которые помогли бы ему встать на одну ступень с развитыми странами мировой экономики. Среди этих направлений, помимо человеческих ресурсов была определена и уникальная база месторождений РЗМ. Известно высказывание Дэн Сяопина относящееся к началу 90-х, что на Ближнем Востоке есть нефть, а в Китае - РЗМ, и надо использовать это ресурсное преимущество. С этого момента Китай начал прикладывать колоссальные усилия, чтобы локализовать производство РЗМ и изделий из них на своей территории. Для этого он долго шантажировал отказами поставки РЗМ руды Францию, заставив ее таким образом пойти на совместное производство РЗМ у себя, скупал технологии производства сначала постоянных магнитов (США - автомобильная промышленность, а потом и микросхем. Это длилось десятилетия и незамеченным пройти никак не могло, разве что для лектора.
Что значит -все сильные магниты известные человечеству содержат редкоземельные металлы-? Да неужели? А как же Al-Ni-Co? А как же гексаферриты бария и стронция? Свойства чуть ниже, чем у РЗМ магнитов? Да, но там фактически потенциал, связанный с микроструктурной оптимизацией, позволяет удвоить эксплуатационные параметры.
То есть, надо хотя бы технологией известных материалов, а не демагогией заниматься: где обещанный постоянный магнит без РЗМ, который он обещал в этой лекции (8: 30? Сколько уже - лет 6 прошло с момента лекции? И что? Где тот волшебный магнитный материал, который его студент создал? Все изучает свойства?
Какое -релятивистское взаимодействие с крупным немагнитным атомом, дающее сильные магнитные свойства-? Товарищ не в курсе, чем ферромагнетик отличается от ферримагнетика и антиферромагнетика? При чем тут орбитальное взаимодействие?
Вот все, что он говорит, это - что? Частное мнение человека или коллективное мнение группы ученых или институтов? В СССР были сильные научная школа и производство постоянных магнитов. Почему бы не послушать тех людей? Почему чуть ли не все направления науки комментирует этот человек, причем, в отсутствии даже намека на оппонирование?
-Кто это человек? Чей это человек? - (с)
ответить
Совершенно очевидно, что местами человек просто не понимает, о чем он говорит.
Вот, например, с 1-ой минуты об РЗМ: Китай -монополизировал все редкоземельные элементы в мире-.
Что значит - монополизировал! Да, у Китая 30 % мировых запасов РЗМ, но у России - 10 %. И это без неизученной территории Восточной Якутии (около 1 млн кв. км) и шельфа (5 млн кв. км. То есть, в России есть неизученаая территория с площадью почти равной Китаю, где есть указания на перспективные месторождения, но -Китай все монополизировал-? Да, производство РЗМ в Китае составляет более 90 % мирового, но кто заставлял Россию убить собственное производство редких металлов? И почему его не восстановить, раз уж такая задача встанет?
К чему призывы, имея мощную отечественную сырьевую базу РЗМ, отказываться от производства постоянных РЗМ- магнитов, ссылаясь на монополию Китая? Это, типа, давайте будем делать мебель из пластика, поскольку вся деревообработка сосредоточена в Китае, потому что, хоть у нас леса и завались, мы его все равно в Китай вывозим?
Купил все месторождения РЗМ в мире? Нет, это не так, хотя Китай и лезет в их разработку во всех странах.
И еще, что значит - -монополизировал, пока другие не обращали на это внимание-? Не надо все так опошлять. С 1980-х годов, после окончания т. н. -культурной революции-, нищий Китай взял курс на определение направлений, которые помогли бы ему встать на одну ступень с развитыми странами мировой экономики. Среди этих направлений, помимо человеческих ресурсов была определена и уникальная база месторождений РЗМ. Известно высказывание Дэн Сяопина относящееся к началу 90-х, что на Ближнем Востоке есть нефть, а в Китае - РЗМ, и надо использовать это ресурсное преимущество. С этого момента Китай начал прикладывать колоссальные усилия, чтобы локализовать производство РЗМ и изделий из них на своей территории. Для этого он долго шантажировал отказами поставки РЗМ руды Францию, заставив ее таким образом пойти на совместное производство РЗМ у себя, скупал технологии производства сначала постоянных магнитов (США - автомобильная промышленность, а потом и микросхем. Это длилось десятилетия и незамеченным пройти никак не могло, разве что для лектора.
Что значит -все сильные магниты известные человечеству содержат редкоземельные металлы-? Да неужели? А как же Al-Ni-Co? А как же гексаферриты бария и стронция? Свойства чуть ниже, чем у РЗМ магнитов? Да, но там фактически потенциал, связанный с микроструктурной оптимизацией, позволяет удвоить эксплуатационные параметры.
То есть, надо хотя бы технологией известных материалов, а не демагогией заниматься: где обещанный постоянный магнит без РЗМ, который он обещал в этой лекции (8: 30? Сколько уже - лет 6 прошло с момента лекции? И что? Где тот волшебный магнитный материал, который его студент создал? Все изучает свойства?
Какое -релятивистское взаимодействие с крупным немагнитным атомом, дающее сильные магнитные свойства-? Товарищ не в курсе, чем ферромагнетик отличается от ферримагнетика и антиферромагнетика? При чем тут орбитальное взаимодействие?
Вот все, что он говорит, это - что? Частное мнение человека или коллективное мнение группы ученых или институтов? В СССР были сильные научная школа и производство постоянных магнитов. Почему бы не послушать тех людей? Почему чуть ли не все направления науки комментирует этот человек, причем, в отсутствии даже намека на оппонирование?
-Кто это человек? Чей это человек? - (с)
ответить
Fedorov
Очень много неточностей в подаче материала.
Например.
Магниты неодим-железо-бор обладают уникально высокими эксплуатационными свойствами не столько за счет высокой коэрцитивности, действительно, обусловленной спин-орбитальным взаимодействием, сколько за счет мелкозернистой микроструктуры.
Если мы говорим о постоянных магнитах, нужно было бы упомянуть, что они создаются из т. н. магнитотвердых материалов, в которых перемагничивание реализуется за счет двух механизмов - 1) -опрокидывания- вектора намагниченности и 2) роста областей с обратной намагниченностью.
В магнитах Nd-Fe-B реализована микроструктура, в которой размер зерна - порядка 1 мкм - соответствует теоретически расчетному критическому размеру -зародышей- обратной намагниченности. При этом повышенное содержание бора по границе таких зерен исключает рост областей обратной намагниченности и в материале реализуется только один - первый энергетически более затратный механизм перемагничивания. Отсюда и высокие значения магнитной индукции.
И такие неточности и недоговоренности в ходе всего повествования.
На чем специализируется ученый?
ответить
Очень много неточностей в подаче материала.
Например.
Магниты неодим-железо-бор обладают уникально высокими эксплуатационными свойствами не столько за счет высокой коэрцитивности, действительно, обусловленной спин-орбитальным взаимодействием, сколько за счет мелкозернистой микроструктуры.
Если мы говорим о постоянных магнитах, нужно было бы упомянуть, что они создаются из т. н. магнитотвердых материалов, в которых перемагничивание реализуется за счет двух механизмов - 1) -опрокидывания- вектора намагниченности и 2) роста областей с обратной намагниченностью.
В магнитах Nd-Fe-B реализована микроструктура, в которой размер зерна - порядка 1 мкм - соответствует теоретически расчетному критическому размеру -зародышей- обратной намагниченности. При этом повышенное содержание бора по границе таких зерен исключает рост областей обратной намагниченности и в материале реализуется только один - первый энергетически более затратный механизм перемагничивания. Отсюда и высокие значения магнитной индукции.
И такие неточности и недоговоренности в ходе всего повествования.
На чем специализируется ученый?
ответить
psv8105
Интересно, а эта компьютерная база только в америке доступна или в России тоже такая база есть или наподобие что-то. Очень сильно интернетную игру АКИНАТОР напоминает. при наличие мощных компьютеров можно и свои такие базы составлять, основанные на этом подходе. и, кстати, не только в области поиска новых сверхпроводников
ответить
Интересно, а эта компьютерная база только в америке доступна или в России тоже такая база есть или наподобие что-то. Очень сильно интернетную игру АКИНАТОР напоминает. при наличие мощных компьютеров можно и свои такие базы составлять, основанные на этом подходе. и, кстати, не только в области поиска новых сверхпроводников
ответить
Alexander
Превосходная лекция. Подача материала просто замечательная. Особенно нравится наличие иронии, как в случае с предложением сделать магнит из урана, который -наверное будет очень хорошим магнитом-: )
ответить
Превосходная лекция. Подача материала просто замечательная. Особенно нравится наличие иронии, как в случае с предложением сделать магнит из урана, который -наверное будет очень хорошим магнитом-: )
ответить
Геннадий
Машинное обучение - ещё одно доказательство что, отказавшись от неправильного понимания сути происходящего наукой, можно достичь большего, чем
то что предлагает эта наука.
ответить
Машинное обучение - ещё одно доказательство что, отказавшись от неправильного понимания сути происходящего наукой, можно достичь большего, чем
то что предлагает эта наука.
ответить
Андрей
Про ВВ вообще ни о чем. Ничего не сказал, ничего не объяснил, никаких выводов не сделал - для чего вообще они были приведены примером, так, разбавить текст)
ответить
Про ВВ вообще ни о чем. Ничего не сказал, ничего не объяснил, никаких выводов не сделал - для чего вообще они были приведены примером, так, разбавить текст)
ответить
Ilya
мало того, что обычные люди всё меньше думают, так теперь и учёные будут мыслительный процесс перекладывать на машины. что дальше? резиновая женщина?
ответить
мало того, что обычные люди всё меньше думают, так теперь и учёные будут мыслительный процесс перекладывать на машины. что дальше? резиновая женщина?
ответить
Жаргал
Китай монополизировал, добычу редкоземельным металлов только потому, что им не жалко свою экологию. Ведь их добыча очень вредна.
ответить
Китай монополизировал, добычу редкоземельным металлов только потому, что им не жалко свою экологию. Ведь их добыча очень вредна.
ответить
postnauka
Просто, понятно, деликатно! Особенно про Метод Научного Тыка(да как - никто не знает что такое Электричество-но все им пользуются)
ответить
Просто, понятно, деликатно! Особенно про Метод Научного Тыка(да как - никто не знает что такое Электричество-но все им пользуются)
ответить
Добавить отзыв, комментарий
Другие видео канала
