ચુંબકીય પ્રત્યાસ્થ ઘટના (magnetoelastic phenomenon)

ચુંબકીય પ્રત્યાસ્થ ઘટના (magnetoelastic phenomenon) : ચુંબકીય પદાર્થને ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં રાખતાં અથવા તે ચુંબકિત થાય ત્યારે, તેના સ્થિતિસ્થાપક ગુણધર્મો ઉપર થતી અસર. પદાર્થની સ્થિતિસ્થાપક વર્તણૂકનો અભ્યાસ તેના સ્થિતિસ્થાપક પ્રાચલો (elastic constants) વડે થતો હોય છે.

લોહચુંબકીય (ferromagnetic) કે પ્રતિલોહચુંબકીય (anti- ferromagnetic) પદાર્થનું તાપમાન જેમ વધે તેમ તેનું ચુંબકત્વ ક્રમશ: અર્દશ્ય થતું જાય છે. ચુંબકીય (magnetic) અને બિનચુંબકીય (non-magnetic) અવસ્થાઓ એકબીજીથી ભિન્ન છે. તેમને પ્રાવસ્થા સંક્રમણ (phase transition) કહે છે. તાપમાન વધે તેમ પદાર્થની ચુંબકીય ચાકમાત્રા (magnetic moment) ક્રમશ: ઘટી શૂન્ય થાય છે. તે પ્રમાણે ચુંબકીય પદાર્થના સ્થિતિસ્થાપક ગુણધર્મ ઉપર પણ તાપમાનની અસર થતી હોય છે. દરેક ચુંબકીય પદાર્થ માટે એક એવું તાપમાન હોય છે જ્યાંથી તેના સ્થિતિસ્થાપક ગુણધર્મો ઉપર અસર થવાની શરૂઆત થતી હોય છે. આ તાપમાનને અતિવાહકતા સંક્રમણ (superconducting transition) તાપમાન T_c કહે છે.

લોખંડ (Fe)માં, દિશામાં લંબગત ધ્રુવીભૂત થયેલાં ફોનૉન(phonon), [110] દિશામાં સંચરણ પામે ત્યારે અતિવાહકતા સંક્રમણ તાપમાન Tcની નીચે તથા તેની ઉપરનાં મૂલ્યોએ, સ્થિતિસ્થાપક ગુણધર્મો બદલાય છે. તાપમાન T_c કરતાં ઊંચા તાપમાને સ્થિતિસ્થાપક અચળાંક C [= ½ (C₁₁–C₁₂)] ની વર્તણૂકમાં અસંગતતા (inconsistency) ઉદભવે છે. સમતલની [110] દિશા એટલે કે (x,y,z) – યામપદ્ધતિમાં એવી દિશા, જ્યાં તે સમતલ x અને y અક્ષ ઉપર એકમ અંતરે છેદે છે અને z અક્ષને સમાંતર હોય છે. આ સમતલ z-અક્ષને અનંત અંતરે છેદે છે તેથી તેનો વ્યુત્ક્રમ શૂન્ય થાય છે. C₁₁ અને C₁₂ સ્થિતિસ્થાપક ર્દઢતા (stiffness) અચળાંક છે. અચળાંક C´ વડે સ્ફટિકનો સ્થિતિસ્થાપક સમદૈશિક (elastically isotropic) ગુણધર્મ વ્યક્ત થાય છે. સ્ફટિકના લૅટિસ દોલનમાંનાં ફોનૉન, એ, ઉષ્મીય ઊર્જાનો ક્વૉન્ટમીકૃત થયેલો (quantised) જથ્થો છે.

T_c કરતાં નીચા તાપમાને પદાર્થ બિનચુંબકીય હોય છે. પદાર્થનું તાપમાન T_c કરતાં વધારે હોય ત્યારે તેમાં ચુંબકત્વ પેદા થાય છે. તેની સાથે પદાર્થના સ્થિતિસ્થાપક ગુણધર્મો ઉપર પણ અસર થાય છે. જે ચુંબકીય પ્રત્યાવસ્થ ઘટના તરીકે ઓળખાય છે. તે વખતે ‘બ્રિલ્વાં (Brillioun) વિભાગ’માં તરંગ સદિશનાં અમુક મૂલ્યો માટે, ફોનૉનની આવૃત્તિના મૂલ્યમાં ઊર્ધ્વપ્રાય (steep) વધારો થાય છે. ઇલેક્ટ્રૉનની ઊર્જાઓ માટે શ્રોડિંજરના તરંગ સમીકરણના ઉકેલ (solution) મેળવતાં તે ઉકેલ, અનુમત પટ(permitted band)માં જ મળે છે. આવા ઉકેલનું આલેખન સ્ફટિકના વ્યુત્ક્રમ લૅટિસમાં કરતાં, k = 1, 2 … nના ઉકેલથી પરિબદ્ધ (enclose) થતા વિભાગને ‘બિલ્વા વિભાગ’ કહે છે.

ચુંબકીય વિરૂપણ (magnetostriction) એ, ચુંબકીય પ્રત્યાવસ્થ ઘટનાનું એક ઉદાહરણ છે. પ્રવાહીને ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં રાખતાં તેની ઉપર યાંત્રિક બળ પ્રવર્તે છે, જેને લઈને ચુંબકીય વિરૂપણની ઘટના ઉદભવે છે. તેના પ્રત્યેક બિંદુ આગળ લાગતું બળ થી ઓછું હોય ત્યાં સુધી, પ્રવાહીનું વિસ્તરણ થાય છે. અહીં H = ચુંબકીય ક્ષેત્ર અને μ ચુંબકીય ગ્રહણશીલતા (magnetic susceptibility) છે. પ્રવાહીનું નવું દબાણ તથા ચુંબકીય ક્ષેત્રમાંથી ઉદ્ભવતું યાંત્રિક બળ, એકબીજાને સમતોલ હોય છે. ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં પ્રવાહીને રાખતાં થતું તેનું વિસ્તરણ સૈદ્ધાંતિક તેમજ પ્રાયોગિક રીતે સુસંગત છે, તેવી ચકાસણી ક્વિંક (Quinck) નામના વિજ્ઞાનીએ કરી હતી.

ચુંબકીય પ્રત્યાવસ્થ ઘટના લોખંડ, કોબાલ્ટ અને નિકલમાં ખાસ જોવા મળે છે.

પ્રહલાદ છ. પટેલ