Антиферромагнетизм
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( май 2014 г. ) |
| Физика конденсированного состояния |
|---|
 |
которые обладают антиферромагнетизмом , магнитные моменты атомов В материалах , или молекул , обычно связанные со спинами электронов , выравниваются по регулярному шаблону, при этом соседние спины (в разных подрешетках) указывают в противоположных направлениях. Это, как и ферромагнетизм и ферримагнетизм , проявление упорядоченного магнетизма . Явление антиферромагнетизма было впервые открыто Львом Ландау в 1933 году. [1]
Как правило, антиферромагнитный порядок может существовать при достаточно низких температурах, но исчезает при температуре Нееля и выше , названной в честь Луи Нееля , который первым на Западе определил этот тип магнитного упорядочения. [2] Выше температуры Нееля материал обычно парамагнитен .
Измерение [ править ]
При отсутствии внешнего поля антиферромагнитная структура соответствует исчезающей 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 абсолютного значения намагниченности другой подрешетки, что приводит к ненулевой суммарной намагниченности. Хотя чистая намагниченность должна быть равна нулю при температуре абсолютного нуля , эффект наклона спина часто вызывает развитие небольшой чистой намагниченности, как это видно, например, в гематите . [ нужна ссылка ]
Магнитная восприимчивость антиферромагнитного материала обычно имеет максимум при температуре Нееля. Напротив, при переходе от ферромагнитной фазы к парамагнитной восприимчивость будет расходиться. В антиферромагнитном случае наблюдается расходимость шахматной 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 простой кубической решетке , со связями между спинами в ближайших соседних узлах. В зависимости от знака этого взаимодействия ферромагнитный образуется или антиферромагнитный порядок. Геометрические фрустрации или конкурирующие ферро- и антиферромагнитные взаимодействия могут привести к различным и, возможно, более сложным магнитным структурам.
Связь между намагниченностью и намагничивающим полем нелинейна , как и в ферромагнитных материалах . Этот факт обусловлен вкладом петли гистерезиса , [3] что для ферромагнитных материалов предполагает остаточную намагниченность .
Антиферромагнитные материалы [ править ]
Антиферромагнитные структуры были впервые показаны с помощью нейтронографии оксидов переходных металлов, таких как оксиды никеля, железа и марганца. Эксперименты, проведенные Клиффордом Шуллем , дали первые результаты, показывающие, что магнитные диполи могут ориентироваться в антиферромагнитной структуре. [4]
Антиферромагнитные материалы обычно встречаются среди соединений переходных металлов , особенно оксидов. Примеры включают гематит , такие металлы, как хром , сплавы, такие как железо-марганец (FeMn), и оксиды, такие как оксид никеля (NiO). Есть также многочисленные примеры среди металлических кластеров с высокой ядерностью. Органические молекулы также в редких случаях могут проявлять антиферромагнитное взаимодействие, как это видно на примере 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, заставляя поверхностные атомы ферромагнетика выравниваться с поверхностными атомами антиферромагнетика. антиферромагнетик. Это обеспечивает возможность «зафиксировать» ориентацию ферромагнитной пленки, что обеспечивает одно из основных применений в так называемых спиновых клапанах , которые являются основой магнитных датчиков, включая считывающие головки современных жестких дисков . Температура, при которой или выше которой антиферромагнитный слой теряет способность «фиксировать» направление намагничивания соседнего ферромагнитного слоя, называется температурой блокировки этого слоя и обычно ниже температуры Нееля.
Геометрическое разочарование [ править ]
В отличие от ферромагнетизма, антиферромагнитные взаимодействия могут приводить к множеству оптимальных состояний (основные состояния — состояния с минимальной энергией). В одном измерении основное антиферромагнитное состояние представляет собой чередующуюся серию спинов: вверх, вниз, вверх, вниз и т. д. Однако в двух измерениях может возникнуть несколько основных состояний.
Рассмотрим равносторонний треугольник с тремя спинами, по одному в каждой вершине. Если каждый спин может принимать только два значения (вверх или вниз), то их 2. 3 = 8 возможных состояний системы, шесть из которых являются основными. Две ситуации, которые не являются основными состояниями, — это когда все три спина активны или все направлены вниз. В любом из остальных шести 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 структуру штабелирования кристаллов, такую как решетка Кагоме или гексагональная решетка .
Другая недвижимость [ править ]
Синтетические антиферромагнетики (часто сокращенно САФ) — это искусственные антиферромагнетики, состоящие из двух или более тонких ферромагнитных слоев, разделенных немагнитным слоем. [5] Дипольная связь ферромагнитных слоев приводит к антипараллельному выравниванию намагниченности ферромагнетиков.
Антиферромагнетизм играет решающую роль в гигантском магнитосопротивлении , которое было обнаружено в 1988 году Нобелевской премии лауреатами Альбертом Фертом и Питером Грюнбергом (присуждена в 2007 году) с использованием синтетических антиферромагнетиков.
Есть также примеры неупорядоченных материалов (таких как железофосфатные стекла), которые становятся антиферромагнитными ниже температуры Нееля. Эти неупорядоченные сети «нарушают» антипараллельность соседних спинов; т.е. невозможно построить сеть, в которой каждый спин окружен противоположными соседними спинами. Можно лишь определить, что средняя корреляция соседних спинов антиферромагнитна. Этот тип магнетизма иногда называют сперомагнетизмом .
См. также [ править ]
- Обменное смещение - возникает в двухслойных (или многослойных) магнитных материалах, где поведение жесткого намагничивания антиферромагнитной тонкой пленки вызывает сдвиг кривой мягкого намагничивания ферромагнитной пленки.
- Гигантское магнитосопротивление - явление, связанное с изменением проводимости в металлических слоях.
- Геометрически неудовлетворительный магнит – явление, при котором атомы имеют тенденцию прилипать к нетривиальным положениям; набор степеней свободы, несовместимый с занимаемым пространством.
- Модель Изинга - Математическая модель ферромагнетизма в статистической механике.
- Модель ANNNI – вариант модели Изинга
- Мотность — материалы, которые классически считались проводниками, но на самом деле являются изоляторами.
- Квантовая спиновая жидкость - Фаза материи
- Ферромагнетизм - механизм, с помощью которого материалы формируются в магниты и притягиваются к ним.
- Диамагнетизм - Магнитные свойства обычных материалов.
Ссылки [ править ]
- ^ Ландау, LD (1933). Возможное объяснение полевой зависимости восприимчивости при низких температурах. Физ. З. Соуджет, 4, 675.
- ^ Г-н Луи Неель (1948 год). «Магнитные свойства ферритов; ферримагнетизм и антиферромагнетизм» (PDF) . Анналы физики . 12 (3): 137–198. Бибкод : 1948АнФ...12..137Н . дои : 10.1051/anphys/194812030137 . S2CID 126111103 .
- ^ Франтишек, Груда (1 сентября 2002 г.). «Слабополевая вариация магнитной восприимчивости и ее влияние на анизотропию магнитной восприимчивости горных пород» . Международный геофизический журнал . 150 (3). Издательство Оксфордского университета: 715–723. Бибкод : 2002GeoJI.150..715H . дои : 10.1046/j.1365-246X.2002.01731.x . ISSN 1365-246X . OCLC 198890763 .
- ^ Шулл, К.Г.; Штраузер, Вашингтон; Воллан, Э.О. (15 июля 1951 г.). «Дифракция нейтронов на парамагнитных и антиферромагнитных веществах». Физический обзор . 83 (2). Американское физическое общество (APS): 333–345. Бибкод : 1951PhRv...83..333S . дои : 10.1103/physrev.83.333 . ISSN 0031-899X .
- ^ М. Форрестер и Ф. Кусмарцев (2014). «Наномеханика и магнитные свойства высокомоментных синтетических антиферромагнитных частиц» . Физический статус Солиди А. 211 (4): 884–889. Бибкод : 2014PSSAR.211..884F . дои : 10.1002/pssa.201330122 . S2CID 53495716 .
Внешние ссылки [ править ]
СМИ, связанные с антиферромагнетизмом, на Викискладе? - Магнетизм: модели и механизмы в книге Э. Паварини, Э. Коха и У. Шольвека: Эмерджентные явления в коррелированной материи, Юлих, 2013 г., ISBN 978-3-89336-884-6
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
