Типи магнітного впорядкування

Виявлено багато типів впорядкованого розташування магнітних моментів атомів, що пов’язано зі складною залежністю обмінного інтеграла від будови взаємодіючих атомів, відстані між ними, а також від взаємного розташування найближчих сусідів взаємодіючих атомів в тривимірній кристалічній решітці. Розглянемо спочатку випадок атомів одного типу.

Величина обмінного інтеграла може бути позитивною для найближчих сусідів, що відповідає найбільш вигідною паралельної орієнтації спінів і нагоди феромагнетизму (див. Рис. 5.2 а), або негативною, що відповідає найбільш вигідною антипараллельной орієнтації спінів і нагоди антиферомагнетизму (див. Рис. 5.2 б) . Ферромагнетики і антиферомагнетики є найпростішими випадками магнітно упорядоченнних речовин. Найвідомішими феромагнетиками є залізо (з ОЦК гратами) і нікель (з ГЦК гратами), а найвідомішими антиферромагнетиками – хром і марганець. За рис. 5.2 (а, б) видно, що намагніченість феромагнетика – значна величина, а намагніченість антиферомагнетика близька до нуля.

У разі різних значень магнітних моментів атомів магнітні моменти окремих атомів можуть бути орієнтовані антипараллельно, але мати різну величину (див. Рис. 5.2 в), що відповідає випадку Феримагнетизм. Намагніченість феримагнетика, часто званого “ферит”, – значна величина, хоча і дещо менша, ніж для типових ферромагнетиков.
Для деяких хімічних сполук можливо складне взаємне розташування магнітних моментів, що спостерігається в багатьох магнітних матеріалах, наприклад спиралеобразное розташування магнітних моментів. Такі й більш складні структури докладно розглядаються в книгах [5-8].

У разі сплавів, в яких атоми з різними магнітними моментами хаотично перемішані, тип магнітного впорядкування може мінятися при зміні складу, так як в такому випадку змінюється середня відстань між атомами одного типу і пов’язана з ним величина обмінного інтеграла. Прикладами можуть служити сплави. Чистий марганець є антиферомагнетика через заперечності обмінного інтеграла при існуючих міжатомних відстанях в марганці. Додавання алюмінію збільшує відстані між атомами, через що обмінний інтеграл стає позитивним при певній відстані між атомами, яка визначається концентрацією в сплаві. Тоді відбувається переважне впорядкування магнітних моментів по феромагнітному типу. Детально магнітні властивості сплавів розглянуті в [9-10].

Методи дослідження магнітного впорядкування. Самим інформативним методом вивчення орієнтацій спинив в кристалі в даний час є розсіяння нейтронів. Як відомо (див. [6] і главу 1), нейтрон володіє магнітним моментом і тому здатний взаємодіяти з магнітними моментами атомів. Також нейтрон здатний розсіюватися на ядрах без зміни своєї енергії. Тому дифракцию нейтронів використовують для вивчення орієнтації спінів. Амплітуда розсіювання нейтронів кожного атома складається з двох складових: ядерного і магнітного. Перше – залежить від структури ядра і відрізняється для різних ізотопів. Друге – залежить від величини і орієнтації магнітного моменту атома, при взаємно перпендикулярній орієнтації вектора розсіювання (див. Розд. 1.3) і воно – максимально, при паралельній орієнтації та – воно дорівнює нулю. Таким чином можна “відключати” магнітне розсіювання, Намагнітити в напрямку вектора розсіювання кристал. При різних орієнтуваннях вектора відносно можна отримувати серії дифракційних картин, з яких вдається виділити вклади від “магнітної” і “ядерної” систем.
У разі феромагнітного впорядкування всі атоми будуть мати однакову амплітуду розсіювання, і картина дифракції, як нейтронів, так і рентгенівських променів будуть ідентичними.
У разі антиферомагнітного впорядкування магнітні моменти найближчих атомів матимуть протилежну орієнтацію, тоді магнітний внесок у амплітуду розсіювання буде мати протилежні знаки, отже амплітуди розсіяння сусідніх атомів будуть різними. Тоді (див. Розд. 1.3) повинні з’явитися додаткові “сверхструктурние магнітні” відображення, подібні тим, що спостерігаються при атомному впорядкуванні (див. Розд. 1.3).
Визначимо, наприклад, які з’являться додаткові “магнітні” відбиття для гіпотетичної структури, розташування магнітних моментів атомів в якій показано на рис. 5.3. В “хімічному” щодо зображена елементарна комірка – кубічна ОЦК, для такої структури відображення з непарної сумою індексів відсутні (див. Розд. 1.3). Але в магнітному відношенні атоми 1 і 2 – різні, різні і їх амплітуди розсіяння, тоді повинні з’явитися сверхструктурние відображення з непарної сумою індексів.

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Газові Закони