熱力学から磁化のヒステリシスは出せるのか

熱力学の勉強をしていて分からなくなりました。
一般に強磁性体では自発磁化を持つときに、磁化の反対方向に弱い磁場をかけても依然として同じ向きに磁化を持ちます（ヒステリシス）。
一方で、熱力学の範疇では状態と物理量は一対一に対応するので、外部磁場を決めれば磁化も決まって、ヒステリシスは示さないことになります。
ここから2つの可能性が浮かびました。
１、熱力学ではヒステリシスを伴う現象は扱うことが出来ない（準安定状態？）
２、熱力学ではヒステリシスを伴う現象も扱うことが出来る（なにか別の手法がある）
実際に磁化は時間とともに減衰していくので、１かと思いましたが、その時間は年単位なので２とも思いました。
ご存じの方がいましたらご教授ください。

No.2 ベストアンサー 回答者： eatern27 回答日時： 2020/11/10 10:21

熱力学で磁区構造を扱っている話は見た事はありませんね(まぁ専門ではないので知らないだけかもしれませんが)。

・ピストンで隔てられた2つの部屋内に気体が封じこめららている
・部屋の間のピストンには(静止)摩擦がある
・一方の部屋と外部との間にもピストンがあり、加える力を少しずつ大きくして一定量動かした後に少しずつ力を緩める
という状況でも考えてやればＰＶ曲線はヒステリシスを描きますよね。

とにかくヒステリシスさえ出れば何でもいいのなら、
気体をスピンに、部屋間ピストンを磁壁と置き換えて、磁壁には(静止)摩擦があると思えばあとは適当でもヒステリシスは出るんじゃないですかね。(実際、磁壁が欠陥とかにトラップされる事で保磁力が生まれてるのだし、最終的にヒステリシス損が出ないといけないので、現象的には摩擦と思って良いはず)



現実の磁区構造と対応させたいのなら、
・部屋の体積とスピンの数が比例している(部屋内のスピンの数は保存されない)
・磁壁を作るとエネルギー的には損をする
・磁壁を作って漏れ磁場を減らした方が磁場のエネルギーでは得をする
の辺りは考慮すべきかな、とは思いますが、どこまで再現できるのかは確かめてません。

No.1 回答者： eatern27 回答日時： 2020/11/09 21:00

ヒステリシスが出ないのは磁区構造を考えてないからというだけなので、熱力学で扱えないという訳ではないはず。

ただ、磁区構造をどんな熱力学変数で表せばいいのかがネックで実際に扱うのは大変そうな気はしますね。

統計力学をベースにモンテカルロ法とかで、磁区構造を再現したなんて話は聞いた事がありますが、専門外ではあるのでヒステリシスまで議論できてるのかまでは知りません。

この回答へのお礼

確かに、磁区の存在は見逃してました
極めて単純化した場合（例えば磁区が2つしかない等）でも良いので、磁区構造を熱力学変数に入れることでヒステリシスが現れる様子を示した記事等はあるでしょうか？（ここで示せるのであれば示していただけると幸いです）

お礼日時：2020/11/09 23:28