Магнитные структуры в кристаллических и аморфных веществах
магнетит Fe3О4, первое сильномагнитное вещество, известное в глубокой древности, является ферри-магнетиком. Одна подрешетка магнетита образова-
СПИРАЛЬНЫЕ И ПЕРИОДИЧЕСКИЕ МАГНИТНЫЕ СТРУКТУРЫ смотреть тут
Спиральный магнетизм характеризуется спиральным расположением магнитных моментов относительно некоторых кристаллических осей. Он является частным случаем более общего явления — магнитного упорядочения с периодическим изменением компонентов атомных магнитных моментов вдоль кристаллографических направлений.
Наиболее простой случай таких структур — антиферромагнитная спираль, или геликоид. Она встречается в редкоземельных металлах Eu, Tb, Dy, Ho, в соединении MnAu2 и некоторых окисных соединениях. Эту структуру можно представить как последовательность атомных плоскостей, перпендикулярных оси геликоида. Все атомы одной и той же плоскости имеют одинаково направленные магнитные моменты и образуют магнитный слой.
В металлических спиральных магнетиках период этих структур часто не совпадает с периодом кристаллической решетки. Это объясняют тем, что в металлах спиральное магнитное упорядочение локализованных электронов (например, 4f-электронов) зависит от специфических особенностей энергетического спектра электронов проводимости (s-электроны), которые поляризуются за счет s — f-обменного взаимодействия. Спиральное расположение магнитных моментов 4f-электронов приводит к образованию плоскостей энергетических разрывов и энергетических щелей в энергетическом спектре электронов проводимости, что существенно модифицирует этот спектр.
В результате спиральное и периодическое расположение магнитных моментов становится энергетически более выгодным, чем простое ферромагнитное. В этом случае период магнитной структуры определяется предельным импульсом электронов проводимости — импульсом Ферми [4].
В последние годы в магнетиках было обнаружено большое число модулированных магнитных структур, период которых не связан с периодом кристаллической решетки (несоизмеримые структуры). Период модуляции может непрерывно изменяться с температурой, при этом его значения не совпадают с периодом кристаллической решетки. Однако при достижении некоторых значений, соизмеримых с периодом кристаллической решетки, период модулированной структуры в некотором интервале температур не изменяется. Другое новое явление, обнаруженное недавно, заключается в появлении в ряде магнетиков дополнительной модуляции периодической магнитной структуры (спин-слип-структуры). Здесь параллельные магнитные моменты соседних слоев как бы соединяются в небольшие блоки, а переход от одного блока к другому сопровождается поворотом магнитных моментов блоков на некоторый угол.
СПЕРОМАГНЕТИЗМ
В парамагнитном состоянии магнитный момент μ каждого отдельно выбранного иона испытывает сильные флуктуации, поэтому среднее значение по времени для проекции mi на любое направление равно нулю (при Н=0). Представим себе, что мы охлаждаем парамагнетик, в котором обменные интегралы Ау между соседними ионами i и j могут иметь как положительные, так и отрицательные значения. За счет обменных полей тепловые флуктуации ниже некоторой температуры Тсп будут подавлены, однако магнитный момент μi подвергается противодействию локальных микроскопических полей в отличие от ферро- и антиферромагнетиков. В результате образуется магнитное состояние, в котором локализованные магнитные моменты m испытывают сильные пространственные флуктуации. Проекция mi отдельного иона на выбранное направление (средняя по времени) имеет некоторое неравное нулю значение, как и в ферромагнетике, однако в целом по образцу ситуация меняется кардинально.
них существуют громадное число равновероятных метастабильных состояний, переход между которыми приводит к термическому гистерезису намагниченности и временнóй нестабильности магнитных свойств. В этих метастабильных состояниях локальные распределения магнитных моментов ближайших ионов, окружающих данный ион, могут различаться. Такие состояния называются фруст-рированными.
АСПЕРОМАГНИТНАЯ СТРУКТУРА
В асперомагнетиках локализованные магнитные моменты ниже некоторой температуры магнитного упорядочения Тасп ориентируются в различных атомных позициях случайным образом, но с преимущественной ориентацией вдоль некоторого направления. Средние значения проекций μi на эту ось не равны нулю, вследствие чего возникает спонтанная намагниченность.
Асперомагнетизм довольно часто встречается в аморфных материалах — сплавах и соединениях 4f-и 3d-элементов. В ряде этих магнетиков флуктуации обменных полей выражены менее резко, поэтому в асперомагнетиках имеется некоторое преимущественное направление для магнитных моментов.
Асперомагнетизм встречается в аморфных сплавах типа Tb—Ag, Dy—Ni и др.
СПЕРИМАГНИТНАЯ СТРУКТУРА
При наличии флуктуаций обменных и магнито-кристаллических взаимодействий в магнетике, состоящем из двух (или более) магнитных подсистем, связанных между собой отрицательными обменными взаимодействиями, возможно образование спе-римагнитной структуры. Она до некоторой степени похожа на ферримагнитную структуру. В ней также магнитные моменты подрешеток (в кристаллических материалах) или подсистем (в аморфных материалах) направлены противоположно друг другу. Отличие заключается в том, что в сперимагнетике магнитные моменты в одной или обеих подсистемах ориентируются случайным образом в пределах
некоторого пространственного конуса (рис. 3, в). Такая ситуация возникает как в кристаллических, так и в аморфных материалах, если ионы одного сорта обладают сильной локальной одноионной анизотропией D, которая несколько меньше интеграла А обменного взаимодействия между ионами из разных магнитных подсистем (например, аморфные соединения Tb—Fe, Tb—Co).