|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Антиферромагнетизм | Антиферромагнетизм (далее А) (от анти... и ферромагнетизм), одно из состояний вещества, отличающееся тем, что элементарные ( соседних частиц вещества ориентированы навстречу друг другу (антипараллельно), и поэтому намагниченность тела в целом очень мала. Этим А отличается от ферромагнетизма, при котором одинаковая ориентация элементарных приводит к высокой намагниченности тела.
До начала 30-х гг. 20 в. по свойствам все вещества делили на 3 группы: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. А был открыт при изучении свойств парамагнетиков при низких температурах. Парамагнетики в поле намагничиваются так, что направление намагниченности совпадает с направлением поля. Намагниченность пропорциональна напряженности Н поля: = cН. Коэффициент пропорциональности c — магнитная восприимчивость — у парамагнетиков весьма мал — от 10-5 до 10-6 единиц СГС. Для большинства парамагнетиков характерен определенный вид зависимости восприимчивости от температуры — она растет с понижением температуры обратно пропорционально температуре (Кюри закон, см. рис. 1, а). В конце 20-х и начале 30-х гг. были обнаружены соединения (окислы и обладающие совершенно иным видом температурной зависимости восприимчивости c(T). На кривых, характеризующих зависимость c от T у этих соединений, наблюдались максимумы (см. рис. 1, кривые бв и бг). Кроме того, ниже температуры максимума была обнаружена сильная зависимость c от ориентации в поле. Если поле направлено, например, вдоль главной оси, то значение c вдоль этого направления (его обозначают cïï) убывает, стремясь к 0 при Т ® 0 К. В направлениях, перпендикулярных этой оси, значение c (его обозначают c^) остается постоянным (не зависит от температуры). На кривых, показывающих температурную зависимость удельной теплоемкости этих веществ, при соответствующих температурах также были обнаружены острые максимумы. Эти экспериментальные факты указывали на какую-то перестройку внутренней структуры вещества при определенной температуре.
В 1930-х гг. советский физик Л. Д. Ландау и французский физик Л. Неель объяснили указанные выше аномалии переходом парамагнетика в новое состояние, названное антиферромагнитным. Сущность этого перехода состоит в следующем. Парамагнетизм наблюдается в веществах, имеющих в своем составе (ионы) с незаполненными внутренними электронными оболочками. Эти (ионы) обладают магнитным моментом, и их можно рассматривать как элементарные При высоких температурах благодаря интенсивному тепловому движению направление этих непрерывно беспорядочно меняется. Поэтому среднее по времени значение момента  каждого иона в отсутствие внешнего поля оказывается равным нулю. Ниже некоторой температуры, получившей название температуры Нееля Tn (ей соответствует максимум на кривой восприимчивости), силы взаимодействия между моментами соседних ионов оказываются сильнее, чем разупорядочивающее действие теплового движения. В результате средний момент каждого иона становится отличным от нуля и принимает определенное значение и направление, в веществе возникает упорядочение. При А упорядочение отличается тем, что средние моменты всех (или большей части) ближайших соседей любого иона направлены навстречу его собственному моменту (при ферромагнетизме они все направлены в одну сторону). Другими словами, при А одноименные полюсы соседних элементарных направлены взаимно противоположно. В каждом антиферромагнетике устанавливается определенный порядок чередования моментов (примеры которого см. на рис. 2). Порядок чередования моментов вместе с их направлением относительно осей определяет антиферромагнитную структуру вещества. Такую структуру можно представить себе как систему вставленных друг в друга пространственных решеток ионов (называются подрешетками), в узлах каждой из которых находятся параллельные друг другу моменты. При А во все подрешетки входят ионы одинакового сорта. Поэтому суммарные моменты подрешеток строго компенсируются, и антиферромагнетик в целом в отсутствие внешнего поля не имеет результирующего момента. Под действием внешнего поля антиферромагнетики приобретают слабую намагниченность. Для восприимчивости антиферромагнетиков типичны значения 10-4 — 10-6 ед. СГС.
Долгое время не существовало экспериментальных методов, которые могли бы непосредственно подтвердить существование антиферромагнитной структуры. В 1949 было показано, что антиферромагнитную структуру можно обнаружить и изучить методами нейтронографии. Нейтроны не имеют электрического заряда, но обладают моментом. Пучок медленных нейтронов, проходящий через антиферромагнетик, взаимодействует с ионами вещества и испытывает рассеяние. Экспериментально получаемая зависимость числа рассеянных нейтронов от угла рассеяния позволяет определить расположение ионов в антиферромагнетике и среднее значение их моментов.
За создание антиферромагнитного порядка и определенную ориентацию моментов ионов относительно осей ответственны два рода сил: за порядок — силы обменного взаимодействия (электрической природы), за ориентацию — силы анизотропии. В А обменные силы стремятся установить каждую пару соседних моментов строго антипараллельно. Но они не могут предопределить направление моментов относительно осей. Это направление называется осью легкого намагничивания и определяется силами анизотропии. Последние представляют собой результат взаимодействия соседних ионов и более сложных взаимодействий электронов ионов с действующими внутри электрическими полями.
В соответствии с этими двумя типами сил при теоретическом описании А вводят 2 эффективных поля: обменное поле Не и поле анизотропии На. Представление о том, что в антиферромагнетике действуют 2 эффективных поля, позволяет объяснить многие свойства., в частности их поведение в переменных внешних полях. Переход из парамагнитного состояния в антиферромагнитное при температуре Нееля Tn происходит путем (фазового перехода 2-го рода. Особенность этого перехода состоит в плавном (без скачка), но очень крутом нарастании среднего значения момента каждого иона вблизи Tn (рис. 3). Этим объясняются указанные выше аномалии — возрастание удельной теплоемкости вблизи Tn и подобное ему температурное изменение коэффициента теплового расширения, модулей упругости и ряда др. величин.
Изучение антиферромагнетиков внесло существенный вклад в развитие современных представлений о физике явлений. Открыты: новые типы структур — слабый ферромагнетизм, структуры и др. (см. Магнитная структура), обнаружены новые явления: пьезомагнетизм, магнетоэлектрический эффект, расширены представления об обменном и других типах взаимодействия в магнетиках. Практического применения А пока не нашел. Это связано с тем, что при переходе в антиферромагнитное состояние большая часть макроскопических физических свойств меняется мало. Исключение составляют высокочастотные свойства антиферромагнетиков. Во многих антиферромагнетиках наблюдается сильное резонансное поглощение электромагнитного излучения для длин волн от 1 см до 0,001 см (см. Антиферромагнитный резонанс).
Лит.: Киренский Л. В., Магнетизм, 2 изд., М., 1967; Боровик-Романов А С., А, в сборнике: А и ферриты, М., 1962 (Итоги науки. Физ.-мат. науки, т. 4); Редкоземельные ферромагнетики и антиферромагнетики, М., 1965.
А С. Боровик-Романов.
||), д — для монокристаллического антиферромагнетика в направлениях, перпендикулярных оси легкого намагничивания (c^)." title="Рис. 1. Температурная зависимость магнитной восприимчивости c: а — для парамагнетика, не претерпевающего перехода в упорядоченное состояние вплоть до самых низких температур (c = С/Т); б — для парамагнетика, переходящего в антиферромагнитное состояние при Т = Tn; в — для поликристаллического антиферромагнетика; г — для монокристаллического антиферромагнетика вдоль оси легкого намагничивания (c||), д — для монокристаллического антиферромагнетика в направлениях, перпендикулярных оси легкого намагничивания (c^)." src="/img/18/sfjidfkkjk.jpg">
Рис. 1. Температурная зависимость магнитной восприимчивости c: а — для парамагнетика, не претерпевающего перехода в упорядоченное состояние вплоть до самых низких температур (c = С/Т); б — для парамагнетика, переходящего в антиферромагнитное состояние при Т = Tn; в — для поликристаллического антиферромагнетика; г — для монокристаллического антиферромагнетика вдоль оси легкого намагничивания (c||), д — для монокристаллического антиферромагнетика в направлениях, перпендикулярных оси легкого намагничивания (c^).
|
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
