Рефераты по Физике

Магнитные структуры в кристаллических и аморфных веществах

Страница 2

На первом этапе изучения магнитного упорядо­чения твердых тел физики имели дело с ферромаг­нетизмом, который характеризуется параллельным (коллинеарным) дальним порядком в расположении магнитных моментов в системе. В ферромагнетиках обменное взаимодействие преодолевает дезориенти­рующее действие теплового движения при Т < ТC и ориентирует магнитные моменты параллельно. Некоторый разброс в ориентации магнитных мо­ментов вследствие теплового движения подавля­ется обменным взаимодействием при Т —»- 0 К. В ферромагнетиках обменные интегралы положи­тельны (Аij > 0) и обменное взаимодействие преоб­ладает над другими видами взаимодействий, чувст­вительными к ориентации магнитных моментов. Наличие макроскопической намагниченности об­разца сильно увеличивает магнитостатическую энер­гию. Ее минимизация происходит тогда, когда об­разец разбивается на домены, внутри которых есть спонтанная намагниченность вдоль оси легкого на­магничивания, которой является одна из кристал­лических осей. Температурная зависимость спон­танной намагниченности Is приведена на рис. 1, а. Видно, что величина Is монотонно уменьшается с нагреванием и исчезает при Т > ТC. При Т > ТC имеет место парамагнитное состояние с хаотичес­кой ориентацией магнитных моментов при Н = 0, при Т< ТC возникает ферромагнитное состояние с параллельной ориентацией магнитных моментов (рис. 1, б). Сохранить и приумножить капитал что делать с деньгами в 2024 сохранить.

При увеличении магнитного поля Н намагни­ченность образца возрастает за счет смещения гра­ниц доменов и процессов вращения спонтанной на­магниченности. Первый процесс связан с ростом объема доменов, у которых направление Is ориенти­ровано наиболее выгодно энергетически по отно­шению к полю (угол между Is и H наименьший). Второй процесс — вращение — обусловлен поворо­том векторов Is от оси легкого намагничивания к направлению приложенного магнитного поля.

В парамагнитной области при Т > ТС для маг­нитной восприимчивости % выполняется закон Кю­ри—Вейсса

где θр — парамагнитная точка Кюри, а C— постоян­ная Кюри—Вейсса. Как можно видеть на рис. 1, а, величина 1/χ для ферромагнетиков изменяется ли­нейно с температурой. В изотропных однородных по составу ферромагнетиках с малой магнитной анизо­тропией ТC и θр имеют близкие значения. В анизот­ропных ферромагнетиках величина θр принимает разные значения для оси легкого намагничивания и оси трудного намагничивания, а также заметно от­личается от температуры Кюри ТC.

В ферромагнетиках, где магнитные моменты электронов локализованы на ионах (например, не­металлические ферромагнетики, редкоземельные металлы иттриевой подгруппы Gd, Tb, Dy), спон­танная намагниченность образца складывается из магнитных моментов изолированных ионов. По­стоянная Кюри—Вейсса связана с эффективным магнитным моментом иона μэф в ферромагнетиках с локализованными магнитными моментами:

где kБ — постоянная Больцмана. Для редких земель хорошо выполняется соотношение

АНТИФЕРРОМАГНИТНОЕ УПОРЯДОЧЕНИЕ

В идеальном антиферромагнетике одинаковые магнитные ионы занимают в кристаллической ре­шетке кристаллографически эквивалентные пози­ции и образуют две взаимопроникающие ферромаг­нитные подрешетки, магнитные моменты которых ориентированы противоположно, в результате чего спонтанная намагниченность образца отсутствует. Антиферромагнетизм — это также кооперативное явление, которое характеризуется дальним поряд­ком в системе магнитных моментов. Каждый ион окружен ионами с магнитными моментами, ориентированными противоположно его магнит­ному моменту. Это обусловлено тем, что обменные интегралы Аij являются отрицательными (Аij < 0) и превышают по абсолютной величине магнитокрис-таллические взаимодействия.

Магнитная восприимчивость χ антиферромаг­нетика имеет максимум при температуре Нееля ТN. При Т > ТN тепловое движение разупорядочивает дальний антиферромагнитный порядок и вещество становится парамагнетиком. Магнитная воспри­имчивость при Т > ТN удовлетворяет закону Кю­ри—Вейсса с отрицательным значением пара­магнитной температуры Кюри 0р.

Наиболее простое магнитное поведение у анти­ферромагнитных окислов (МnО, СоО, FeО) и хлори­дов Fe, Co и Ni. Некоторые 3d-элементы (Сr, α-Мn) и 4f-элементы (Pr, Nd и др.) имеют более сложные антиферромагнитные структуры, для описания ко­торых недостаточно модели двух подрешеток. Не­давно обнаружен антиферромагнетизм в полупро­водниках (халькогениды Mn, Cr, Eu и Gd). В последнее время вызывают значительный интерес антиферромагнитные редкоземельные ферриты-гранаты, в которых ионы железа замещены алюми­нием и галлием (Dy3Al5O12 и Dy3Ga5O12). В них на­блюдаются трансформации антиферромагнитной структуры при действии магнитного поля. Эти со-

единения представляют интерес в качестве магнит­ных хладоагентов для получения низких температур методом магнитного охлаждения в магнитных холо­дильных машинах.

В некоторых веществах комбинация обмена и спин-орбитального взаимодействия приводит к то­му, что магнитные моменты подрешеток становятся не строго антипараллельны, вследствие чего возни­кает слабый ферромагнитный момент M. Такие маг­нетики называют слабыми ферромагнетиками. Сла­бый ферромагнетизм антиферромагнетиков был открыт и объяснен А.С. Боровиком-Романовым и И.Е. Дзялошинским. К их числу относятся редкозе­мельные ортоферриты (TbFeO3), гематит Fe2O3, CoCO3 и др.

ФЕРРИМАГНИТНОЕ УПОРЯДОЧЕНИЕ

Ферримагнетик, так же как и антиферромагне­тик, состоит из двух ферромагнитных подрешеток, магнитные моменты которых ориентированы на­встречу друг другу (рис. 2, а). Однако в отличие от антиферромагнетиков эти магнитные моменты не равны друг другу, в результате чего образуется ре­зультирующая спонтанная намагниченность, кото­рая исчезает выше температуры Кюри ТC. Различие магнитных моментов подрешеток обусловлено тем, что подрешетки образуются из ионов разных эле­ментов либо из ионов одного и того же элемента, но с разной валентностью. Интересно отметить, что

Перейти на страницу:  1  2  3  4