Why is iron ferromagnetic? How does a magnetic shape memory alloy work? What is a magnetocaloric material and why do we want to make a refrigerator out of it? What physical effect is important in permanent magnets? And how can we calculate it all?
This course introduces the physics behind modern functional magnetic materials used for energy conversion. We provide an overview of the basic models and theories describing metallic materials and explain their functional properties from the point of view of their smallest units, the electrons.
Functional Magnetic Materials - from Itinerant Electrons to Modern Materials
Language: English or German, on mutual agreement between the participants
Description. literature see below (in german)
Magnetische Funktionsmaterialien - von itineranten Elektronen zu aktuellen Materialien
M.Sc. Physik, Modul: Vertiefung Theoretische Physik, inkl. Projekt (nach Vereinbarung)
Das
Vorlesungsmaterial wird zur Beginn der Vorlesung ausgedruckt bzw.
rechtzeitig vor dem Termin per Moodle als PDF zur Verfügung gestellt.
Während des Termins werden wir vor Ort oder ggf. in einem interaktiven
Online-Meeting die Folien besprechen und Rückfragen diskutieren.
Lernergebnisse:
- Grundlegendes Verständnis des itineranten Magnetismus und der
Wechselwirkung zwischen elektronischen Eigenschaften und Struktur
anhand aktueller Beispiele
Inhalte:
- Quantenmechanischer Ursprung des Magnetismus, Austauschwechselwirkung
- Elementare Modelle des Bandmagnetismus: Elektronengas,
Stoner-Modell
- Thermodynamische Eigenschaften und Suszeptibilität. Metamagnetismus
- Magnetismus und Gitterstruktur: Eisen als Prototyp eines magnetischen
Funktionsmaterials.
- Magnetismus und Bandfüllung: Slater-Pauling-Kurve, Halbmetallizität und Formgedächtniseffekt in Heusler-Legierungen
- Magnetismus bei endlichen Temperaturen: Itinerante vs. lokalisierte Beschreibungen: Heisenberg-Modell
- Realistische Zustandsdichten und numerische Berechnungsverfahren
- Spin-Bahn-Wechselwirkung: Magnetokristalline Anisotropie und
Anisotropie der Bahnmomente. Hartmagnetische Materialien
(FePt, CoPt) im Bulk und auf der Nanometerskala.
Literatur:
- Peter Mohn, Magnetism in the Solid State (Springer, 2005)
- Jürgen Kübler, Theory of Itinerant Electron Magnetism (Clarendon, 2000)
- A. M. Tishin, Y. I. Spichkin, The magnetocaloric Effekt and its Applications (IOP, 2003)
- R. Skomski, J.M.D. Coey, Permanent Magnetism (IOP, 1999)
- Richard M. Martin, Electronic Structure (Cambridge, 2004)
- J. Grotendorst, S. Blügel, D. Marx, Computational Nanoscience: Do It Yourself (NIC Series Vol. 31, Jülich 2006)
- Lehrende(r): Markus Gruner
- Lehrende(r): Olga Miroshkina