Антиферомагнетики. Феримагнетики

Є чимало речовин, у яких взаємодія атомів у кристалічній гратці така, що енергетично вигідним виявляється антипаралельна орієнтація спінових магнітних моментів електронів сусідніх атомів, тобто для них обмінний інтеграл А<0 (див.(2.52)). Магнітовпрорядкований стан речовини, характерний тим, що спінові магнітні моменти сусідніх частинок речовини зорієнтовані назустріч один одному, називають антиферомагнетизмом. Завдяки такому магнітному порядку намагніченість у межах доменів і речовини в цілому за відсутності магнітного поля взаємно компенсується. Макроскопічна речовина виявляється не намагніченою. Такі речовини називають антиферомагнетиками. Явище антиферомагнетизму має квантову природу. Однак у найпростішому випадку, коли немає зовнішнього намагнічувального поля, можна уявити, що електронні спіни атомів утворюють ніби дві просторові магнітні підгратки з протилежною орієнтацією спінів. Якщо спонтанне намагнічення обох підграток є однаковим за значенням, то магнітний момент кожного домена дорівнює нулю. Такий стан називають антиферомагнітним, а речовину – скомпенсованим антиферомагнетиком. У зовнішньому полі вони намагнічуються подібно до парамагнетиків слабко. Магнітна сприйнятливість таких речовин дуже мала, вектор намагніченості пропорційний напруженості магнітного поля , зростання його відбувається за рахунок переорієнтації деякої частини спінів. Явище антиферомагнетизму теоретично передбачив французький фізик Л. Неєль у 1932р. і незалежно від нього радянський фізик Л.Д. Ландау у 1933р. За деякої температури, вищої від певної критичної, ділянки спонтанної орієнтації спінів руйнуються і речовина з антиферомагнітного стану переходить у парамагнітний. Цю, характерну для кожної речовини, температуру називають антиферомагнітною точкою Кюрі, або точкою Неєля. До антиферомагнетиків належать деякі сполуки марганцю (MnO, MnS, MnF₂ — температури Неєля 120К — 70К), сполуки заліза (FeO, FeF₂, FeSO₄, FeFr — температури Неєля 250К — 21К) та інші.

Серед магнітних речовин є такі, в яких спонтанні антипаралельні намагніченості двох підграток у межах кожного домену різні за величиною. Це призводить до того, що домени мають власні магнітні моменти, які за величиною наближаються до власних магнітних моментів звичайних феромагнетиків. Речовину з такими властивостями називають нескомпенсованим антиферомагнетиком, або феримагнетиком. Термін „феримагнетизм” запропонував у 1948р. Л. Неєль. Цей термін походить від слова ферит — назви великого класу оксидів перехідних елементів, у яких це явище було вперше виявлено. Тому феримагнетики також іще називають феритами. До них належать MgO∙Fe₂O₃, Fe₃O₄, NiO∙Fe₂O₃, MnO∙Fe₂O₃, CuO∙ ∙Fe₂O₃, BaO∙6Fe₂O₃, Cd₃Fe₅O_12, RbNiF₃ та багато інших кисневих і не кисневих сполук. Цим речовинам притаманні всі особливості, характерні феромагнетикам. За зовнішніми ознаками магнітні властивості цих речовин майже не відрізняються від магнітних властивостей феромагнетиків. Однак вони, як правило, мають відносно невисоку температуру Кюрі (в межах 110—1020 К), відносно високий питомий електричний опір. Деякі ферити мають майже прямокутну петлю гістерезису з великим значенням залишкової намагніченості (до 96% максимальної) і малу коерцитивну силу. Ці властивості забезпечили широке практичне використання їх у змінних полях високих та надвисоких частот у радіотехніці (магнітні антени, осередя тощо), обчислювальній техніці (магнітні комірки пам’яті) та ін.. Взагалі серед феритів є і магнітном’які, і магнітнотверді матеріали і матеріали спеціального призначення.

Більш повну і досконалу інформацію щодо класифікації магнітних матеріалів за їх характеристиками можна отримати за посібником [5].

Електромагнітна індукція