АНТИФЕРРОМАГНЕТИЗМ И ФЕРРИМАГНЕТИЗМ

Кроме ферромагнетиков существует большая группа магнитоупорядоченных веществ, в которых спиновые магнитные моменты атомов с недостроенными оболочками ориентированы антипараллельно и компенсируют друг друга. Такая ориентация спиновых магнитных моментов, как отмечалось ранее, возникает при отрицательном обменном взаимодействии (с/ < 0). Из-за такой компенсации спонтанная намагниченность не возникает и сильного магнетизма не наблюдается. Поэтому с точки зрения классификации антиферромагнетики относятся к слабым магнетикам, а их величина восприимчивости такого же порядка, что и у парамагнетиков. Но при этом, в отличие от парамагнетиков, спины в антиферромагнетиках ориентированы антипараллельно за счет сильного взаимодействия, вследствие чего вплоть до весьма высоких температур сохраняется их регулярное расположение.

При подобном упорядочении сильное взаимодействие между спинами препятствует их ориентации вдоль приложенного магнитного поля, и поэтому соответствующая восприимчивость может оказаться даже меньше, чем у обычного парамагнетика. По мере повышения температуры упорядочение спинов постепенно нарушается и (в противоположность парамагнетику) восприимчивость возрастает. Выше некоторой температуры упорядочение спинов исчезает и устанавливается полный беспорядок, поэтому при дальнейшем росте температуры, так же как и у парамагнетика, восприимчивость начинает убывать. Таким образом, при определенной температуре восприимчивость проходит через острый максимум, что является характерным признаком антиферромагнетизма. Эту температуру называют температурой Нееля Ту.

Если при антипараллельной ориентации локализованных магнитных моментов результирующая намагниченность кристалла равна нулю, то имеет место антиферромагнетизм. Отсутствие при этом полной компенсации магнитного момента указывает на ферримагнетизм. Различные типы магнитного упорядочения приводятся на рис. 5.8.

Рис. 5.8

Упорядочение спиновых моментов: а — ферромагнитное; б — антиферромагнитное; в — ферримагнитное.

Наиболее типичными ферримагнетиками являются ферриты — двойные окислы металлов состава МО ? Ее203, где М — двухвалентный металл (М§2+, Zn2+, Си2+, №2+, Ее2+, Мп2+). Ферриты имеют кубическую структуру типа шпинели МёА1204. В элементарной ячейке содержится 8 формульных единиц, т. е. 32 атома кислорода, 8 атомов двухвалентного металлам и 16 атомов трехвалентного железа. Атомы кислорода образуют плотную упаковку.

Большинство ферримагнетиков относится к ионным кристаллам и поэтому обладает низкой электропроводностью. В сочетании с хорошими магнитными свойствами (высокая магнитная проницаемость, большая намагниченность насыщения и т. д.) — это важное преимущество по сравнению с обычными ферромагнетиками. Именно это качество позволило использовать ферриты в технике сверхвысоких частот, где они произвели переворот. Обычные ферромагнитные материалы, обладающие высокой проводимостью, здесь применяться не могут из-за очень высоких потерь при образовании вихревых токов.

В заключение отметим, что обменное взаимодействие в антиферро- и ферримагнетиках является косвенным. В нем принимают участие электроны магнитно-нейтральных ионов кислорода, серы и т. п., расположенных между «магнитными» ионами.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >