મૅગ્નૉન

મૅગ્નૉન : ફેરો-ફેરી અથવા પ્રતિલોહચુંબકીય (antiferro magnetic) દ્રવ્ય(પદાર્થ)માં સંપૂર્ણ ચુંબકીય ક્રમમાં સૂક્ષ્મ રીતે ભિન્નતા વર્ણવવા માટે કણ-પ્રકૃતિમય ઉત્તેજન. લોહચુંબકમાં સંપૂર્ણ ચુંબકીય ક્રમ(દ્રવ્યપદાર્થ)ની તમામ પારમાણ્વિક ચુંબકીય ચાકમાત્રાના સંપૂર્ણ સમાંતર સંરેખણને અનુરૂપ હોય છે. આ ચુંબકીય ચાકમાત્રા પરમાણુદીઠ ઇલેક્ટ્રૉનના ચોખ્ખા (net) કોણીય વેગમાન(ખાસ કરીને પ્રચક્રણ)ને લીધે ઉત્પન્ન થાય છે. તંત્રમાં કુલ પ્રચક્રણ વેગમાનમાં થતો ઘટાડો ħના એકમમાં હોય છે.  જ્યાં  છે, આ ħ એકમ ઘટાડો મૅગ્નૉન દર્શાવે છે. તેના તરંગમય સમતુલ્યને પ્રચક્રણ-તરંગ (spin wave) કહે છે. આવા તરંગનો કંપવિસ્તારમાં વિકાસ થતો જાય છે અને દ્રવ્યમાં તરંગ-સ્વરૂપે પ્રસરે છે.

આ રીતે મૅગ્નૉન એ ક્વૉન્ટીકૃત (quantised) પ્રચક્રણ તરંગ છે. જેવી રીતે ફોનૉન એ લેટિસ-કંપનોનું ક્વૉન્ટીકરણ છે, તેવી રીતે મૅગ્નૉન છે.

લોહચુંબકમાં પ્રચક્રણ-તરંગની પ્રકૃતિ ઉદાહરણમાં ચિત્રિત કરી છે અને રેખીય ગોઠવણીમાં પારમાણ્વિક પ્રચક્રણને સદિશ તરીકે દર્શાવેલ છે. પ્રત્યેક પ્રચક્રણ એકસમાન કોણે થયેલ હોય છે અને સમાનકોણીય ઝડપ ωથી તંત્રની કુલ ચુંબકન દિશાની આસપાસ પુરસ્સરણ (prceessing) પામે છે.

બે ક્રમિક પ્રચક્રણ દિશાઓ વચ્ચેનો તફાવત લાક્ષણિક તરંગલંબાઈ દર્શાવે છે. (λ) તરંગલંબાઈ દરમિયાન પ્રચક્રણ દિશા એક ચક્કર પૂરું કરે છે. પ્રચક્રણ-તરંગની λ ઊર્જા ħω અથવા મૅગ્નૉન λ ઘટતાં વધે છે, એટલે કે તરંગસંખ્યા k વધતાં. તેમ એટલા માટે થાય છે કે k અને λ વચ્ચે વ્યસ્ત સંબંધ છે.

જ્યારે kનું મૂલ્ય ઓછું હોય ત્યારે લોહચુંબકમાં પ્રત્યેક મૅગ્નૉનની ઊર્જા લગભગ k²ને પ્રમાણસર હોય છે. પ્રતિલોહચુંબક(antiferro magnetic)માં જ્યાં વિનિમય-બળો (exchange forces) પાસપાસના પારમાણ્વિક પ્રચક્રણના પ્રતિસમાંતર (↓↑) સંરેખના પ્રત્યે વધુ અનુકૂળતા ધરાવે છે ત્યાં આનું પરિણામ શૂન્ય ચુંબકત્વમાં આવે છે. kનું મૂલ્ય ઓછું હોય ત્યારે મૅગ્નૉન ઊર્જા kના સમપ્રમાણમાં મળે છે. આ પરિસ્થિતિ ધ્વનિક (acoustic) ફોનૉન જેવી છે. ફેરોમૅગ્નેટમાં પારમાણ્વિક પ્રચક્રણો પ્રતિસમાંતર રીતે સંરેખન થયેલ હોય છે, પણ આ પ્રચક્રણ મૂલ્યમાં અસમાન હોય છે. આથી ચોખ્ખું (net) ચુંબકન શૂન્ય થતું નથી. ફેરોમૅગ્નેટમાં મૅગ્નૉન ઊર્જા k નાનો હોય ત્યારે λk²ના સમપ્રમાણમાં મળે છે.

ઉષ્મીય ગુણધર્મો : ક્રમિત ચુંબકીય દ્રવ્યની નિમ્ન તાપમાને સંતુલિત દ્રવ્યની વર્તણૂકનો, આંતરક્રિયા ન કરતા હોય તેવા મૅગ્નૉનના ઉષ્મીય ઉત્તેજનથી ચોક્કસ રીતે અભ્યાસ કરી શકાય છે.

ઉષ્માયાંત્રિકીય તાપમાન (T) Kથી વધે તેમ ફેરો અથવા ફેરોમૅગ્નેટનું સ્વયંભૂ ચુંબકન T^3⁄₂ના પ્રમાણમાં ઘટે છે અને તેની વિશિષ્ટ ઉષ્માનો ચુંબકીય ઘટક T^3⁄₂ પ્રમાણે વધે છે. પ્રતિલોહચુંબકીય પદાર્થ માટે તે T³ પ્રમાણે વધે છે.

મૅગ્નૉન સિદ્ધાંતને આધારે મળતાં આ પરિણામો પ્રયોગ સાથે બંધ બેસે છે, પણ વેઇસ (Weiss) આણ્વિક પરિરૂપ મુજબ આ પરિણામો બંધ બેસતાં નથી; તે છતાં ચુંબકીય રીતે ક્રમિત તંત્રોના મોટાભાગના ઉષ્માયાંત્રિકીય ગુણધર્મોનું ચિત્ર વેઇસ આણ્વિક પરિરૂપ સાચી રીતે રજૂ કરે છે.

ન્યુટ્રૉન પ્રકીર્ણન પ્રયોગો ચુંબકીય ચાકમાત્રા ધરાવતા ન્યુટ્રૉન મૅગ્નૉન સાથે સીધેસીધી આંતરક્રિયા કરે છે. ચુંબકીય દ્રવ્ય વડે ન્યુટ્રૉન કિરણાવલીના અસ્થિતિસ્થાપક પ્રકીર્ણનતા માપનથી મૅગ્નૉનની ઊર્જા અને તરંગસદિશ (k) વચ્ચેનો વિગતવાર સંબંધ પ્રગટ થાય છે. વિસર્જન (dispersion) સંબંધમાંથી વિનિમય અને વિષમદિગ્ધર્મી ક્ષેત્રોની પ્રબળતા મૅગ્નૉન સિદ્ધાંતના આધારે મેળવી શકાય છે. ચુંબકીય અવ્યવસ્થા સંક્રમણ (ક્યુરી) બિંદુ ધરાવતા તાપમાન સુધી કે થોડાક ઊંચા તાપમાને ન્યુટ્રૉન સાથે મૅગ્નૉનમય ઉત્તેજનો જોવા મળે છે.

મૅગ્નૉન આંતરક્રિયા અસરો : વધતા જતા તાપમાને ઉષ્મીય ઉત્તેજન અથવા વધતી જતી પ્રબળતાવાળા દોલન કરતા વિદ્યુતચુંબકીય ઉત્તેજનને કારણે પદાર્થમાં મૅગ્નૉન ઘનતા ઉચ્ચ સ્તર સુધી વધે છે, ત્યારે મૅગ્નૉન વચ્ચે થતી આંતરક્રિયા મહત્વની બને છે અને તેને કારણે કેટલીક અરેખીય અસરો પેદા થાય છે. ઉષ્મીય પરિણામોમાં તાપમાન સાથે ઉષ્માયાંત્રિકીય ગુણધર્મોના ઉચ્ચ ક્રમના ફેરફારોનો સમાવેશ થાય છે; ઉદાહરણ તરીકે, લોહચુંબકનું સ્વયંભૂ ચુંબકન T^3⁄₂ના પ્રમાણ કરતાં વધુ ઝડપથી ઘટતું જાય છે. આ સાથે લોહચુંબકીય અનુનાદની પહોળાઈ ઉપર ઘેરી અસર થાય છે, જ્યારે અસમાનતાવાળા નમૂના જે અશૂન્ય kવાળા મૅગ્નૉનનું સર્જન કરે છે તેમાં ખાસ કરીને આવું બને છે. પૂરતા પ્રબળ સૂક્ષ્મતરંગક્ષેત્રે, આવા મૅગ્નૉન જથ્થામાં પેદા થતા જોવા મળે છે અને તેથી અસ્થિરતા ઊભી થાય છે. આ ઘટના અરેખીય છે. આ રીતે અસ્તિત્વમાં આવતી અસ્થિરતાની ઘટના એચ સૂલ(Suhl)ના પ્રાચલીય સૂક્ષ્મતરંગ વિવર્ધક(parametric amplifier)ની શોધનો પાયો છે.

આશા પ્ર. પટેલ