Гелимагнетизм
Гелимагнетизм — это форма магнитного упорядочения, при которой спины соседних магнитных моментов располагаются по спирали или винтовой схеме с характерным углом поворота где-то между 0 и 180 градусами. Это результат конкуренции между ферромагнитными и антиферромагнитными обменными взаимодействиями. [ нужна ссылка ] Ферромагнетизм и антиферромагнетизм можно рассматривать как гелимагнитные структуры с характерными углами поворота 0 и 180 градусов соответственно. Гелимагнитный порядок нарушает симметрию пространственной инверсии , поскольку по своей природе он может быть как левым, так и правым.
Строго говоря, гелимагнетики не имеют постоянного магнитного момента и поэтому иногда считаются сложным типом антиферромагнетика . Это отличает гелимагниты от конических магнитов (например, гольмий ниже 20 К). [1] ), которые помимо постоянного магнитного момента имеют спиральную модуляцию. Гелимагниты можно охарактеризовать по расстоянию, которое необходимо спирали для совершения одного оборота. По аналогии с шагом резьбы , период повторения известен как «шаг» гелимагнита. Если период спирали является неким рациональным кратным элементарной ячейки кристалла, структура соизмерима , как и структура, первоначально предложенная для MnO 2 . [2] С другой стороны, если кратное иррационально, магнетизм несоизмерим, как и обновленная структура MnO 2 . [3]
Гелимагнетизм был впервые предложен в 1959 году как объяснение магнитной структуры диоксида марганца . [2] Первоначально примененный к дифракции нейтронов , с тех пор он наблюдался более непосредственно с помощью электронной микроскопии Лоренца. [4] Сообщается, что некоторые гелимагнитные структуры стабильны до комнатной температуры. [5] Подобно тому, как обычные ферромагнетики имеют доменные границы , разделяющие отдельные магнитные домены, гелимагнетики имеют свои собственные классы доменных стенок, которые характеризуются топологическим зарядом . [6]
Многие гелимагнетики имеют хиральную кубическую структуру, например, тип кристаллической структуры FeSi (B20) . В этих материалах сочетание ферромагнитного обмена и взаимодействия Дзялошинского–Мория приводит к образованию спиралей с относительно большими периодами. Поскольку кристаллическая структура нецентросимметрична даже в парамагнитном состоянии, магнитный переход в гелимагнитное состояние не нарушает инверсионную симметрию, и направление спирали фиксируется кристаллической структурой.
С другой стороны, гелимагнетизм в других материалах также может быть основан на фрустрированном магнетизме или взаимодействии РККИ . В результате центросимметричные структуры, такие как соединения типа MnP (B31), также могут проявлять гелимагнетизм типа двойной спирали, где сосуществуют как левые, так и правые спирали. [7] Для этих странствующих гелимагнетиков направлением спиральности можно управлять с помощью приложенных электрических токов и магнитных полей. [8]
| Материал | Диапазон температур | Космическая группа |
|---|---|---|
| β-MnO 2 [2] [3] | < 93 К | P4 2 /мин |
| Ну и дела , [5] | < 278 К | П2 1 3 |
| MnGe [9] | < 170 К | П2 1 3 |
| МнСи , [10] | < 29 К | П2 1 3 |
| Fe x Co 1−x Si (0,3 ≤ x ≤ 0,85) [11] [12] | П2 1 3 | |
| Cu 2 OSeO 3 [13] | < 58 К | П2 1 3 |
| ФеП [7] | < 120 К | Пнма |
| ФеАс [14] | < 77 К | Пнма |
| МнП [15] | < 50 К | Пнма |
| КрАС [16] | < 261 К | Пнма |
| КрИ 2 [17] | < 17 К | смс2 1 |
| FeCl 3 [18] | < 9 К | Р 3 |
| НиБр 2 [19] | < 22 К | Р 3 м |
| НиИ 2 [20] | < 75 К | Р 3 м |
| Кр 1/3 НбС 2 [21] [22] | < 127 К | Р6 3 22 |
| Тб [23] | 219–231 К | P6 3 /ммц |
| Те [24] | 85–179 К | P6 3 /ммц |
| К [25] | 20–132 К | P6 3 /ммц |
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перро, Кристофер С.; Вохра, Йогеш К.; дос Сантос, Антонио М.; Молейсон, Джейми Дж. (2020). «Нейтронографическое исследование магнитного упорядочения в фазах высокого давления редкоземельного металла гольмия» . Журнал магнетизма и магнитных материалов . 507 . Elsevier BV: 166843. Бибкод : 2020JMMM..50766843P . дои : 10.1016/j.jmmm.2020.166843 . ОСТИ 1607351 .
- ^ Jump up to: а б с Ёсимори, Акио (1959). «Новый тип антиферромагнитной структуры в кристалле типа рутила». Журнал Физического общества Японии . 14 (6). Физическое общество Японии: 807–821. Бибкод : 1959JPSJ...14..807Y . дои : 10.1143/jpsj.14.807 .
- ^ Jump up to: а б Регульский, М.; Пшениосло, Р.; Сосновская И.; Хоффманн, Ж.-Ю. (03.11.2003). «Несоразмерная магнитная структура β−MnO 2 ». Физический обзор B . 68 (17). Американское физическое общество (APS): 172401. doi : 10.1103/physrevb.68.172401 . ISSN 0163-1829 .
- ^ Учида, Масая; Оносе, Ёсинори; Мацуи, Ёсио; Токура, Ёсинори (2006). «Наблюдение спирального порядка вращения в реальном пространстве». Наука . 311 (5759). Американская ассоциация содействия развитию науки (AAAS): 359–361. Бибкод : 2006Sci...311..359U . дои : 10.1126/science.1120639 . ПМИД 16424334 . S2CID 37875453 .
- ^ Jump up to: а б Чжан, СЛ; Стасинопулос, И.; Ланкастер, Т.; Сяо, Ф.; Бауэр, А.; и др. (2017). «Гелимагнетизм при комнатной температуре в тонких пленках FeGe» . Научные отчеты . 7 (1). Springer Science and Business Media LLC: 123. Бибкод : 2017NatSR...7..123Z . дои : 10.1038/s41598-017-00201-z . ПМЦ 5427977 . ПМИД 28273923 .
- ^ Шенгерр, П.; Мюллер, Дж.; Келер, Л.; Рош, А.; Канадзава, Н.; Токура, Ю.; Гарст, М.; Мейер, Д. (2018). «Топологические доменные границы в гелимагнетиках». Физика природы . 14 (5). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 465–468. arXiv : 1704.06288 . Бибкод : 2018NatPh..14..465S . дои : 10.1038/s41567-018-0056-5 . S2CID 119021621 .
- ^ Jump up to: а б Суханов А.С.; Тимошенко Ю.В.; Кульбаков А.А.; Кэмерон, А.С.; Кочиш, В.; и др. (20 апреля 2022 г.). «Модель фрустрации и спиновые возбуждения в гелимагнетике FeP». Физический обзор B . 105 (13). Американское физическое общество (APS): 134424. arXiv : 2201.10358 . Бибкод : 2022PhRvB.105m4424S . дои : 10.1103/physrevb.105.134424 . ISSN 2469-9950 . S2CID 246276036 .
- ^ Цзян, Н.; Нии, Ю.; Арисава, Х.; Сайто, Э.; Оносе, Ю. (30 марта 2020 г.). «Электротоковое управление спиральностью спина в странствующем гелимагнетике» . Природные коммуникации . 11 (1). Springer Science and Business Media LLC: 1601. doi : 10.1038/s41467-020-15380-z . ISSN 2041-1723 . ПМК 7105454 . ПМИД 32231211 .
- ^ Мартин, Н.; Миребо, И.; Франц, К.; Шабуссан, Ж.; Фомичева Л.Н.; Цвященко, А.В. (13.03.2019). «Частичное упорядочение и фазовая упругость в короткопериодном гелимагнетике MnGe» (PDF) . Физический обзор B . 99 (10). Американское физическое общество (APS): 100402(R). Бибкод : 2019PhRvB..99j0402M . дои : 10.1103/physrevb.99.100402 . ISSN 2469-9950 . S2CID 128285958 .
- ^ Stishov, Sergei M; Petrova, A E (2011-11-30). "Itinerant helimagnet MnSi". Physics-Uspekhi . 54 (11). Uspekhi Fizicheskikh Nauk (UFN) Journal: 1117–1130. Bibcode : 2011PhyU...54.1117S . doi : 10.3367/ufne.0181.201111b.1157 . S2CID 122357363 .
- ^ Ватанабэ, Хидеки; Тадзуке, ичи; Накадзима, Харуо (1985). «Измерение винтового спинового резонанса и намагниченности в странствующем гелимагнетике Fe x Co 1−x Si (0,3≤x≤0,85)». Журнал Физического общества Японии . 54 (10). Физическое общество Японии: 3978–3986. Бибкод : 1985JPSJ...54.3978W . дои : 10.1143/jpsj.54.3978 .
- ^ Банненберг, LJ; Какурай, К.; Фалюс, П.; Лельевр-Берна, Э.; Далглиш, Р.; и др. (2017). «Универсальность гелимагнитного перехода в кубических киральных магнетиках: исследования малоуглового рассеяния нейтронов и нейтронной спин-эхо-спектроскопии FeCoSi» . Физический обзор B . 95 (14): 144433. arXiv : 1701.05448 . Бибкод : 2017PhRvB..95n4433B . дои : 10.1103/physrevb.95.144433 . S2CID 31673243 .
- ^ Секи, С.; Ю, ХЗ; Ишивата, С.; Токура, Ю. (2012). «Наблюдение скирмионов в мультиферроике». Наука . 336 (6078). Американская ассоциация содействия развитию науки (AAAS): 198–201. Бибкод : 2012Sci...336..198S . дои : 10.1126/science.1214143 . ПМИД 22499941 . S2CID 21013909 .
- ^ Селте, Кари; Кьекшус, Арне; Андресен, Арне Ф.; Трикер, MJ; Свенссон, Зигфрид (1972). «Магнитная структура и свойства FeAs» . Acta Chemica Scandinavica . 26 . Датское химическое общество: 3101–3113. doi : 10.3891/acta.chem.scand.26-3101 . ISSN 0904-213X .
- ^ Форсайт, Дж. Б.; Пикарт, С.Дж.; Браун, Пи Джей (1966). «Структура метамагнитной фазы MnP». Труды Физического общества . 88 (2). Издательство ИОП: 333–339. Бибкод : 1966PPS....88..333F . дои : 10.1088/0370-1328/88/2/308 . ISSN 0370-1328 .
- ^ Селте, Кари; Кьекшус, Арне; Джеймисон, Уоррен Э.; Андресен, Арне Ф.; Энгебрецен, Ян Э.; Эренберг, Л. (1971). «Магнитная структура и свойства CrAs» . Acta Chemica Scandinavica . 25 . Датское химическое общество: 1703–1714. doi : 10.3891/acta.chem.scand.25-1703 . ISSN 0904-213X .
- ^ Шнелох, Джон А.; Лю, Шуньшунь; Балачандран, Прасанна В.; Чжан, Цян; Лука, Деспина (3 апреля 2024 г.). «Гелимагнетизм в кандидате сегнетоэлектриков CrI 2». Физический обзор B . 109 (14): 144403. arXiv : 2310.12120 . дои : 10.1103/PhysRevB.109.144403 . ISSN 2469-9950 .
- ^ Кан, Пёнки; Ким, Чансу; Джо, Юна; Квон, Сангил; Ли, Сунчил (2014). «Магнитное состояние FeCl 3, исследованное методом ЯМР». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 360 . Эльзевир Б.В.: 1–5. дои : 10.1016/j.jmmm.2014.01.051 . ISSN 0304-8853 .
- ^ Адам, А; Биллери, Д; Терьер, С; Кацумата, К; Магариньо, Дж; Тучендлер, Дж (1980). «Эксперименты по магнитному резонансу в NiBr2 при высоких частотах и сильных магнитных полях». Буквы по физике А. 79 (4). Эльзевир Б.В.: 353–354. дои : 10.1016/0375-9601(80)90369-2 . ISSN 0375-9601 .
- ^ Куиндерсма, СР; Санчес, JP; Хаас, К. (1981). «Магнитные и структурные исследования NiI2 и CoI2». Физика B+C . 111 (2–3). Эльзевир Б.В.: 231–248. дои : 10.1016/0378-4363(81)90100-5 . ISSN 0378-4363 .
- ^ Миядай, Томонао; Кикучи, Кацуя; Кондо, Хиромицу; Сакка, Сюдзо; Арай, Масатоши; Исикава, Ёсиказу (15 апреля 1983 г.). «Магнитные свойства Cr 1/3 NbS 2 ». Журнал Физического общества Японии . 52 (4). Физическое общество Японии: 1394–1401. Бибкод : 1983JPSJ...52.1394M . дои : 10.1143/jpsj.52.1394 . ISSN 0031-9015 .
- ^ Браам, Д.; Гомес, К.; Тезок, С.; де Мелло, EVL; Ли, Л.; Мандрус, Д.; Ки, Хэ Ён; Сонье, JE (07 апреля 2015 г.). «Магнитные свойства гелимагнетика Cr 1/3 NbS 2, наблюдаемые с помощью μSR». Физический обзор B . 91 (14). Американское физическое общество (APS): 144407. arXiv : 1501.03094 . Бибкод : 2015PhRvB..91n4407B . дои : 10.1103/physrevb.91.144407 . ISSN 1098-0121 . S2CID 117648270 .
- ^ Палмер, С.Б.; Барушель, Дж.; Фаррант, С.; Джонс, Д.; Шленкер, М. (1982). «Наблюдение спирально-спиновых антиферромагнитных доменов в монокристалле тербия». Редкие земли в современной науке и технологиях . Бостон, Массачусетс: Springer US. стр. 413–417. дои : 10.1007/978-1-4613-3406-4_88 . ISBN 978-1-4613-3408-8 .
- ^ Герц, Р.; Кронмюллер, Х. (1978). «Полевые фазовые переходы в спиральном состоянии диспрозия». Физический статус Солиди А. 47 (2). Уайли: 451–458. Бибкод : 1978PSSAR..47..451H . дои : 10.1002/pssa.2210470215 .
- ^ Тиндалл, Д.А.; Стейниц, Миссури; Кахризи, М.; Ноукс, Д.Р.; Али, Н. (1991). «Исследование гелимагнитных фаз гольмия в магнитном поле переменного тока». Журнал прикладной физики . 69 (8). Издательство AIP: 5691–5693. Бибкод : 1991JAP....69.5691T . дои : 10.1063/1.347913 .