СЛАБЫЙ ФЕРРОМАГНЕТИЗМ

СЛАБЫЙ ФЕРРОМАГНЕТИЗМ
СЛАБЫЙ ФЕРРОМАГНЕТИЗМ

       
существование небольшой (—0,1—10 ед. СГСМ/моль или =102—104 А/(м•моль)) спонтанной намагниченности у определ. классов антиферромаенетиков. Эта намагниченность может возникать в результате нестрогой антипараллельности векторов намагниченности магн. подрешёток антиферромагнетика (поперечный С. ф.) или в результате неравенства величин намагниченности двух антипараллельных подрешёток антиферромагнетика (см. АНТИФЕРРОМАГНЕТИЗМ). Наиболее подробно С. ф. изучен в ромбоэдрич. антиферромагнетиках (a-Fe2O3, MnCO3, NiСO3, CoCO3, FеВО3 и др.), в ортоферритах типа RFeO3 и ортохромитах RСrO3 (R — трёхвалентный ион редкоземельного элемента), в NiF2. У всех известных антиферромагнетиков со С. ф. обнаружен поперечный С. ф. Экспериментально С. ф. наблюдался задолго до открытия антиферромагнетизма, в осн. в гематите (a-Fe2O3); считалось, однако, что он обусловлен наличием примесей ферромагн. окислов железа. Тот факт, что С. ф. наблюдается в химически чистых антиферромагнетиках (без ферромагн. примесей), был установлен впервые для NiF2 в 1955, а для MnCO3 и СоСO3 в 1956. Теоретич. объяснение С. ф. было дано И. Е. Дзялошинским (1957), к-рый показал, что существование С. ф. следует из самых общих представлений о магн. симметрии кристаллов. Теория Дзялошинского, в частности, объясняет, почему в одноосных кристаллах С. ф. наблюдается, когда намагниченность подрешёток направлена перпендикулярно гл. оси симметрии кристалла, и отсутствует, когда намагниченность параллельна этой оси. Эффективное магн. поле, приводящее к С. ф., получило назв. поля Дзялошинского. Оно в 102—104 раз слабее эффективного поля обменного взаимодействия, обусловливающего намагниченность магн. подрешёток кристалла.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

СЛАБЫЙ ФЕРРОМАГНЕТИЗМ

- существование в антиферромагнетиках спонтанного ферромагн. момента (СФМ), величина к-рого мала по сравнениюс намагниченностью подрешёток. С. ф. существует у большого числа антиферромагнетиков;наблюдался в природных кристаллах гематита 8044-1.jpgзадолго до того, как было открыто явление антиферромагнетизма[1].Долгое время считалось, что наблюдаемый ферромагнетизм обусловленпримесями других, ферромагн. окислов железа, пока это явление не было обнаруженов химически чистых образцах NiF2 [2] (см. табл.), МnСО 3 и СоСО 3 [3]. После этого была построена термодинамич. <теория С. ф. в антиферромагнетиках (И. Е. Дзялошинский, 1957, [4]).

8044-2.jpg

Рис. 1. Зависимость молярной намагниченности М мол монокристаллаМnСО 3 от внешнего поля H, приложенного вдоль тригональной осиOz (Mz) и перпендикулярно ей (М ху) приТ = 4,2К.

Вещества со С. ф. обнаруживают характерную магн. анизотропию. СФМ направленлибо вдоль одного выделенного кристаллографич. направления, либо в плоскости, <перпендикулярной гл. оси тригональных или гексагональных кристаллов (базиснаяплоскость). Типичные кривые намагничивания показаны на рис. 1 на примереМnСO3. При любом направлении магн. поля Н в базисной плоскости ху возникает параллельная ему намагниченность М ху, к-рая зависит от H (начиная с полей ~1 кЭ) по закону:
8044-3.jpg

где 8044-4.jpg- величина СФМ, - магн. восприимчивость в плоскости ху, HD- эфф.8044-5.jpgполе Дзялошинского. Если вектор H направлен перпендикулярно базиснойплоскости (вдоль оси Oz), то
8044-6.jpg

Величина 8044-7.jpgсоставляет небольшую долю от намагниченности подрешёток М п (п - номер подрешётки). Температурная зависимость 8044-8.jpg( Т )(рис. 2) аналогична М п (Т), если в веществепри изменении Т не происходит перехода из одной антиферромагн. структуры(АС) в другую. Для температурной зависимости 8044-9.jpgхарактерно наличие острого максимума в Нееля точке (Т = Т N )(рис. 3).

С. ф. возникает в тех антиферромагнетиках, группа магнитной симметрии к-рых допускает одновременно как антиферромагн., так и ферромагн. упорядочение. <Найдены все пространств. и точечные группы магн. симметрии, допускающиесуществование С. ф. [5. 6].

8044-10.jpg

Рис. 2. Температурная зависимость а 0 для СоСО 3 (в единицах СГСМ на моль).
8044-11.jpg

Рис. 3. Температурная зависимость молярной магнитной восприимчивостидля СоСО 3.

Термодинамическая теория С. ф. основана на разложении термодинамич. <потенциала Ф по компонентам векторов антиферромагнетизма L и намагниченностиМ, являющихся линейными комбинациями М п (напр., в двухподрешёточномантиферромагнетике L = M1 - М 2, М = M1+ М 2). Это разложение должно быть инвариантным относительновсех преобразований симметрии пространственной группы кристалла. Многиегруппы допускают в разложении Ф существование членов вида 8044-12.jpg. Их наличие приводит к тому, что при установлении антиферромагн. упорядоченияс 8044-13.jpg возникаетСФМ Mk, величина к-рого может быть рассчитана из ур-ний, <получающихся при минимизации Ф. В случае тригональных структур, обладающихпространственной группой 8044-14.jpg,
8044-15.jpg

Коэффициенты при изотропных членах ( А к В), обусловленные обменнымвзаимодействием, во много раз больше коэффициентов при анизотропных релятивистскихчленах ( а, b, d). Коэф. В является осн. константой обменноговзаимодействия, определяющей эффективное обменное магн. поле H Е= BL/2. Минимизация (3) при заданном значении L2 даёт два решения:

1)8044-16.jpg(Lx = Ly= 0) и M = 0- такой магн. структурой обладают FeCO3 и низкотемпературнаямодификация 8044-17.jpg;

2)8044-18.jpgи М х= (d/B)Ly, My = (d/B)Lx,Mz = 0. При этом возникает СФМ
8044-19.jpg

Этот СФМ мал ввиду малости отношения d/B. Такой магн. структуройобладают МnСO3, СоСО 3, NiCO3 и высокотемпературнаямодификация 8044-20.jpg. Если включить в потенциал член с магн. полем, то минимизация Ф приводитк ф-лам (1) и (2), в к-рых 8044-21.jpg8044-22.jpg

Вектор 8044-23.jpgперпендикулярен L. Поэтому в веществах со С. ф. векторы намагниченностиподрешёток не направлены строго антипараллельно, а отклоняются на небольшойугол 8044-24.jpgот оси антиферромагнетизма (рис. 4, а). В принципе возможен и продольныйС. ф. благодаря различию величин векторов М п строго антипараллельныхподрешёток. Однако во всех известных случаях С. ф.8044-26.jpg. При перемагничивании вместе с 8044-27.jpgдолжен менять знак и L, т. е. подрешётки должны поворачиваться на180°.
8044-25.jpg

Рис. 4. Образование за счёт скоса векторов намагниченности подрешётокм п: а - слабого ферромагнетизма в двухподрешёточном антиферромагнетике;б - антиферромагнитной структуры с четырьмя скрещенными подрешётками.

Слагаемое 8044-28.jpgиз (3) описывает Дзялошинского взаимодействие, такого вида членывстречаются в ряде пространственных групп тригональных, тетрагональныхи гексагональных сингоний. В нек-рых группах тетрагональных сингоний С. <ф. описывается членом вида 8044-29.jpg,а в ромбич. сингониях - членом вида . В моноклинных сингониях подобная 8044-30.jpgсумма содержит четыре члена. В большинстве групп гексагональной и кубическойсингоний С. ф. описывается членами шестого и четвёртого порядка по 8044-31.jpg[5].

Для антиферромагнетиков с четырьмя и более подрешётками существует неск. <векторов L, описывающих разл. антиферромагн. структуры АС. Поэтомув выражение для потенциала Ф могут входить члены типа 8044-32.jpg( р, q - номера АС), к-рые приводят к возникновению АС со скрещеннымиподрешётками, не обладающих С. ф. (рис. 4, б).

В микроскопической теории С. ф. рассматривают самый общий вид спинового гамильтониана, удовлетворяющий симметрии данного кристалла:
8044-33.jpg

Здесь 8044-34.jpg- операторы компонент спинов магн. ионов, расположенных в узлах 8044-35.jpg;8044-36.jpg -тензор, описывающий их взаимодействие;8044-37.jpg -константа одноионной анизотропии. Первый член содержит как обычную изотропнуючасть (i= k), к-рая описывает обменное взаимодействие, таки анизотропную часть 8044-38.jpg. Последняя описывает анизотропию, обусловленную межионным взаимодействием, <а также С. ф. Ответственная за С. ф. часть гамильтониана может быть представленав виде 8044-39.jpg. Вектор Дзялошинского 8044-40.jpgсоответствует константе а в разложении (3). В рассмотренных вышетригональных кристаллах 8044-41.jpgнаправлен параллельно оси 8044-42.jpg.

Второй член описывает одноионную анизотропию, и обычно коэф.8044-43.jpgнезависят от номера узла. Однако в нек-рых тетрагональных кристаллах осисимметрии в двух эквивалентных узлах элементарной ячейки повёрнуты на 90°и соответственно 8044-44.jpg.В этом случае С. ф. обусловлен 8044-45.jpgне анизотропным обменом, а одноионной анизотропией.

Фазовые переходы. В отличие от обычных антиферромагнетиков, в антиферромагнетикахсо С. ф. при Т > TN магн. поле вызывает антиферромагн. <упорядочение с вектором L, перпендикулярным приложенному полю. Подобноферромагнетикам у антиферромагнетиков со С. ф. в магн. поле (параллельномС. ф. моменту) нет различия в магн. симметрии при темп-pax выше и нижекритической [9]. С этим обстоятельством связано возникновение показанногона рис. 3 пика магн. восприимчивости.

В кристаллах, у к-рых симметрия допускает существование С. ф., наблюдаютсяспецифич. магнитные фазовые переходы. Во-первых, переходы, обусловленныеизменением с темп-рой соотношения констант магн. анизотропии, приводящиек повороту L от одного кристаллографич. направления к другому. Врезультате такого поворота антиферромагнетик может переходить из состояниясо С. ф. в чисто антиферромагн. состояние (переход Морина в 8044-46.jpg) или в состояние, где С. ф. сохраняется, но происходит соответствующийповорот вектора СФМ. Подобные ориентационные фазовые переходы внек-рых ортоферритах и ортохромитах происходят постепенно, и процесс переориентацииограничен сверху и снизу по темп-ре двумя фазовыми переходами 2-го рода[7]. Во-вторых, наблюдаются фазовые переходы из чисто антиферромагн. состоянияв состояние со С. ф. под действием магн. поля. Такие переходы происходятв легкоосных антиферромагнетиках, если Н приложено перпендикулярнолёгкой оси. Магн. поле вызывает поворот вектора L в плоскости, перпендикулярной Н, и возникновение СФМ вдоль Н. В четырёхподрешёточных антиферромагнетикахвозможен индуцированный магн. полем переход 1-го рода в состояние со С. <ф., сопровождающийся перестройкой АС.

В веществах, симметрия к-рых допускает существованне С. ф., но анизотропиятакова, что вещество переходит в чисто антиферромагн. состояние, в областивблизи TN могут наблюдаться аномалии в температурнойзависимости восприимчивости, аналогичные показанной на рис. 3.

Свойства некоторых антиферромагнетиков со слабым ферромагнетизмом
8044-47.jpg

Лит.:1) S m i t h I., The magnetic properties of hematite, «Phys.Rev.», 1916, v. 8, p. 721; 2) Matarrese L. M., Stout J. W., Magnetic anisotropyof NiF2, «Phys. Rev.», 1954, v. 94, p. 1792; 3) Боровик-РомановА. С., Орлова М. П., Магнитные свойства карбонатов кобальта и марганца,«ЖЭТФ», 1956, т. 31, с. 579; 4) Дзялошинский И. Е., Термодинамическая теория«слабого» ферромагнетизма антиферромагнетиков, «ЖЭТФ», 1957, т. 32, с.1547; 5) Т у р о в Е. А., Физические свойства магнитоупорядоченных кристаллов, <М., 1963; 6) В i г s s R., Symmetry and magnetism, Amst., 1964; 7) Ориентационныепереходы в редкоземельных магнетиках, М., 1979; 8) Moriya Т., Weak ferromagnetism,в кн.: Magnetism, ed. by G. T. Rado, H. Suhl, v. 1, N. Y.-L., 1963; 9)Боровик-Романов А. С., Лекции по низкотемпературному магнетизму, Новосиб.,1976. А. С. Боровик-Романов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Игры ⚽ Поможем написать реферат

Полезное


Смотреть что такое "СЛАБЫЙ ФЕРРОМАГНЕТИЗМ" в других словарях:

  • Слабый ферромагнетизм —         существование небольшого [Слабый ферромагнетизм0,1 10 СГСМ/моль, или Слабый ферромагнетизм102 104 а/(м. моль)] спонтанного магнитного момента у определённых классов Антиферромагнетиков. Этот магнитный момент может возникать в результате… …   Большая советская энциклопедия

  • ФЕРРОМАГНЕТИЗМ СЛАБЫЙ — (см. СЛАБЫЙ ФЕРРОМАГНЕТИЗМ). Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983 …   Физическая энциклопедия

  • Ферромагнетизм слабый —         см. Слабый ферромагнетизм …   Большая советская энциклопедия

  • ФЕРРОМАГНЕТИЗМ СЛАБЫЙ — существование небольшой самопроизвольной намагниченности у некоторых антиферромагнетиков ( 0,1% от обычных значений для ферро и ферримагнетиков). Обнаружен у гематита ? Fe2O3, карбонатов ряда металлов и т. д …   Большой Энциклопедический словарь

  • ферромагнетизм слабый — существование небольшой самопроизвольной намагниченности у некоторых антиферромагнетиков (ферромагнетизм слабый0,1% от обычных значений для ферро и ферримагнетиков). Обнаружен у гематита α Fe2O3, карбонатов ряда металлов и т. д. * * *… …   Энциклопедический словарь

  • ФЕРРОМАГНЕТИЗМ СЛАБЫЙ — существование небольшой самопроизвольной намагниченности у нек рых антиферромагнетиков ( 0,1% от обычных значений для ферро и ферримагнетиков). Обнаружен у гематита а Fе2О3, карбонатов ряда металлов и др …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • МАГНЕТИЗМ — 1) особая форма вз ствия между электрич. токами, между токами и магнитами (т. е. телами с магнитным моментом) и между магнитами; 2) раздел физики, изучающий это взаимодействие и св ва в в (магнетиков), в к рых оно проявляется. Основные проявления …   Физическая энциклопедия

  • Магнетизм —     Классическая электродинамика …   Википедия

  • Обменное взаимодействие — Обменное взаимодействие  взаимодействие тождественных частиц в квантовой механике, приводящее к зависимости значения энергии системы частиц от её полного спина. Представляет собой чисто квантовый эффект, исчезающий при предельном переходе к… …   Википедия

  • Боровик-Романов, Андрей Станиславович — (р. 18.III.1920) советский физик экспериментатор, академик (1972; чл. кор. 1966). Р. в Петрограде. Окончил Московский ун т (1947). В 1946 48 работал в Ин те физических проблем АН СССР, в 1948 56 в Московском государственном ин те мер и… …   Большая биографическая энциклопедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»