Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Антиферромагнитный порядок

В материалах , которые демонстрируют антиферромагнетизм , то магнитные моменты из атомов или молекул , как правило , связанные с спинами электронов , выравнивание в регулярном образце с соседними спинами (на разных подрешетках) , указывающих в противоположных направлениях. Это, как и ферромагнетизм и ферримагнетизм , проявление упорядоченного магнетизма .

Как правило, антиферромагнитный порядок может существовать при достаточно низких температурах, но исчезает при температуре Нееля и выше - названной в честь Луи Нееля , который первым идентифицировал этот тип магнитного упорядочения. [1] Выше температуры Нееля материал обычно парамагнитен .

Измерение [ править ]

В отсутствие внешнего поля антиферромагнитная структура соответствует нулевой полной намагниченности. Во внешнем магнитном поле в антиферромагнитной фазе может проявляться своего рода ферримагнитное поведение, при этом абсолютное значение намагниченности одной из подрешеток отличается от таковой для другой подрешетки, что приводит к ненулевой суммарной намагниченности. Хотя результирующая намагниченность должна быть равна нулю при температуре абсолютного нуля , эффект центрифугирования часто вызывает развитие небольшой суммарной намагниченности, как это видно, например, в гематите .

Магнитная восприимчивость антиферромагнитного материала , как правило , показывает максимум при температуре Нееля. Напротив, при переходе от ферромагнитной к парамагнитной фазам восприимчивость будет расходиться. В антиферромагнитном случае наблюдается расхождение по ступенчатой ​​восприимчивости .

Различные микроскопические (обменные) взаимодействия между магнитными моментами или спинами могут приводить к антиферромагнитным структурам. В простейшем случае можно рассмотреть модель Изинга на двудольной решетке, например, в простой кубической решетке , со связями между спинами в ближайших соседних узлах. В зависимости от знака этого взаимодействия возникает ферромагнитный или антиферромагнитный порядок. Геометрические расстройства или конкурирующие ферро- и антиферромагнитные взаимодействия могут привести к различным и, возможно, более сложным магнитным структурам.

Антиферромагнитные материалы [ править ]

Антиферромагнитные структуры были впервые показаны посредством нейтронографии оксидов переходных металлов, таких как оксиды никеля, железа и марганца. Эксперименты, проведенные Клиффордом Шуллом , дали первые результаты, показывающие, что магнитные диполи могут быть ориентированы в антиферромагнитной структуре. [2]

Антиферромагнитные материалы обычно встречаются среди соединений переходных металлов , особенно оксидов. Примеры включают гематит , металлы, такие как хром , сплавы, такие как марганец железа (FeMn), и оксиды, такие как оксид никеля (NiO). Есть также многочисленные примеры среди кластеров металлов с высокой ядерностью. Органические молекулы также могут проявлять антиферромагнитное взаимодействие в редких случаях, как видно из таких радикалов, как 5-дегидро-м-ксилилен .

Антиферромагнетики могут взаимодействовать с ферромагнетиками , например, посредством механизма, известного как обменное смещение , при котором ферромагнитная пленка либо выращивается на антиферромагнетике, либо отжигается в выравнивающем магнитном поле, в результате чего поверхностные атомы ферромагнетика выравниваются с поверхностными атомами антиферромагнетик. Это обеспечивает возможность «фиксировать» ориентацию ферромагнитной пленки, что обеспечивает одно из основных применений в так называемых спиновых клапанах , которые являются основой магнитных датчиков, включая современный жесткий диск.читать головы. Температура, при которой или выше антиферромагнитный слой теряет способность «фиксировать» направление намагничивания соседнего ферромагнитного слоя, называется температурой блокировки этого слоя и обычно ниже, чем температура Нееля.

Геометрическое разочарование [ править ]

Основная статья: Геометрическое разочарование

В отличие от ферромагнетизма, антиферромагнитные взаимодействия могут приводить к множеству оптимальных состояний (основные состояния - состояния с минимальной энергией). В одном измерении основное состояние антиферромагнетика представляет собой чередующуюся серию спинов: вверх, вниз, вверх, вниз и т. Д. Однако в двух измерениях могут возникать несколько основных состояний.

Рассмотрим равносторонний треугольник с тремя вращениями, по одному на каждой вершине. Если каждый спин может принимать только два значения (вверх или вниз), существует 2 3 = 8 возможных состояний системы, шесть из которых являются основными. Две ситуации, которые не являются основными состояниями, - это когда все три спина активированы или все опущены. В любом из шести других состояний будет два благоприятных взаимодействия и одно неблагоприятное. Это иллюстрирует разочарование : неспособность системы найти единственное основное состояние. Этот тип магнитного поведения был обнаружен в минералах, которые имеют кристаллическую структуру стопки, такую ​​как решетка Кагоме или гексагональная решетка .

Другие свойства [ править ]

Синтетические антиферромагнетики (часто сокращенно SAF) - это искусственные антиферромагнетики, состоящие из двух или более тонких ферромагнитных слоев, разделенных немагнитным слоем. [3] Дипольное взаимодействие ферромагнитных слоев приводит к антипараллельному выравниванию намагниченности ферромагнетиков.

Антиферромагнетизм играет решающую роль в гигантского магнетосопротивления , как это было открыто в 1988 году по Нобелевской премии победителям Альберт Ферт и Петер Грюнберг (награжден в 2007 году) с использованием синтетических антиферромагнетиками.

Есть также примеры неупорядоченных материалов (таких как железо-фосфатные стекла), которые становятся антиферромагнитными при температурах ниже своей температуры Нееля. Эти неупорядоченные сети «нарушают» антипараллельность соседних спинов; т.е. невозможно построить сеть, в которой каждый спин окружен противоположными соседними спинами. Можно только определить, что средняя корреляция спинов соседей является антиферромагнитной. Этот тип магнетизма иногда называют сперомагнетизмом .

Интересное явление происходит в анизотропных антиферромагнетиках Гейзенберга в поле, где могут быть стабилизированы спин-флоп и сверхтвердые фазы. Последняя фаза была впервые описана Такео Мацубара и Х. Мацуда в 1956 году.

См. Также [ править ]

  • Предвзятость биржи
  • Гигантское магнитосопротивление
  • Геометрически фрустрированный магнит
  • Модель Изинга
  • Модель ANNNI
  • Mottness
  • Квантовая спиновая жидкость
  • Ферромагнетизм
  • Диамагнетизм
  • Парамагнетизм

Ссылки [ править ]

  1. ↑ М. Луи Нил (1948). "Propriétées magnétiques des ferrites; Férrimagnétisme et antiferromagnétisme" (PDF) . Annales de Physique . 12 (3): 137–198. Bibcode : 1948AnPh ... 12..137N . DOI : 10.1051 / anphys / 194812030137 .
  2. ^ Шулл, CG; Штраузер, Вашингтон; Воллан, EO (1951-07-15). «Дифракция нейтронов на парамагнитных и антиферромагнитных веществах». Физический обзор . Американское физическое общество (APS). 83 (2): 333–345. Bibcode : 1951PhRv ... 83..333S . DOI : 10.1103 / Physrev.83.333 . ISSN 0031-899X . 
  3. ^ М. Форрестер и Ф. Кусмарцев (2014). «Наномеханика и магнитные свойства высокомоментных синтетических антиферромагнитных частиц» . Physica Status Solidi . 211 (4): 884–889. Bibcode : 2014PSSAR.211..884F . DOI : 10.1002 / pssa.201330122 .

Внешние ссылки [ править ]

  • СМИ, связанные с антиферромагнетизмом, на Викискладе?
  • Магнетизм: модели и механизмы у Э. Паварини, Э. Коха и У. Шольвёка: новые явления в коррелированной материи, Юлих 2013, ISBN 978-3-89336-884-6