антиферромагнетик

АНТИФЕРРОМАГНЕТИК - вещество, в к-ром установился антиферромагн. порядок магн. моментов атомов или ионов (см. Антиферромагнетизм ).Обычно вещество становится А. ниже определ. темп-ры T_N (см. Нееля точка)и в большинстве случаев остаётся А. вплоть до T=0 К. Из элементов к А. относятся твёрдый кислород (-модификация) при Т<24 К, Mn (-модификация с T_N=100K), Cr (T_N=310К), а также ряд редкоземельных металлов (с T_N от 12,5 К у Ce до 230 К у Tb). Хрому свойственна геликоидальная магнитная атомная структура .Сложными магн. структурами обладают также тяжёлые редкоземельные металлы. В температурной области между T_N и T₁ (0<Т₁<Т_N)они антиферромагнитны, а ниже T₁ становятся ферромагнетиками (табл. 1).

Число известных А.- хим. соединений составляет не одну тысячу. В хим. ф-лу А. входит, по крайней мере, один ион из групп переходных металлов (групп железа, редкоземельных металлов и актинидов), исключение составляет твёрдый кислород.

Табл. 1. - Свойства редкоземельных элементов-антиферромагнетиков

К А. относятся многочисл. простые и сложные окислы переходных элементов, включая нек-рые ферриты-шпинели, ферриты-гранаты, ортоферриты и ортохромиты, а также фториды, сульфаты, карбонаты и др. Существует нек-рое кол-во антиферромагн. сплавов, в частности сплавы элементов группы железа с элементами платиновой группы.

Первыми соединениями, в к-рых был обнаружен антиферромагнетизм, явились слоистые хлориды Fe, Со и Ni. На кривой, показывающей зависимость их теплоёмкости от темп-ры, был найден максимум, характерный для фазового перехода 2-го рода (магн. фазового перехода). Позже такие же максимумы были найдены у MnO и изоморфных окислов Fe, Ni и Со. Эти окислы с кубич. кристаллич. решёткой были также первыми объектами нейтронографич. определения магн. структур А. Из кубич. А. следует отметить семейство редкоземельных ферритов-гранатов, в к-рых ионы Fe замещены на Al или Ga.

Особый интерес представляет (ДАГ), в к-ром подробно исследовались аномальные свойства вблизи трикритической точки. Исследование водного хлорида меди ( ) привело к открытию антиферромагнитного резонанса и особого магнитного фазового перехода - опрокидывания подрешёток (спин-флоп) в магн. поле. Этот же кристалл послужил объектом для нейтронографич. подтверждения существования т. н. слабого антиферромагнетизма (1982) и открытия обменной моды антиферромагн. резонанса (1984).

Группа фторидов ( и др.) - одноосных кристаллов с магн. анизотропией типа лёгкая ось - послужила объектом для изучения оптич. спектров поглощения и открытия экситон-магнонных возбуждений, двухмагнонного поглощения и комбинац. рассеяния света на магнонах. Оптич. спектры А. исследовались также на двойных фторидах типа , . Мандельштама-Бриллюэна рассеяние света на магнонах наблюдалось в , и . Отметим ещё два одноосных А.: вбыл открыт пъезо-магнетизм, в - магнитоэлектрический эффект.

В др. группе одноосных кристаллов, обладающих анизотропией типа лёгкая плоскость (см. Антиферромагнетизм) - , , , - был открыт слабый ферромагнетизм (СФ). Особый интерес среди веществ со СФ представляют ортоферриты ( и др.), в к-рых наблюдаются ориентационные фазовые переходы (изменение оси антиферромагн. упорядочения) при понижении темп-ры, а также - прозрачный А. с T_N выше комнатной темп-ры.

Табл. 2. - Свойства некоторых антиферромагнетиков химических соединений

В последнем обнаружено заметное магнитоупругое взаимодействие. Наиб. сильное магнитоупругое взаимодействие среди А. наблюдается в . В этом соединении впервые обнаружена большая щель в спектре спиновых волн, обусловленная эффективным полем магнитоупругой анизотропии.

В А--полупроводниках (халькогениды Mn, Eu, Gd и Cr) наблюдаются очень сильные магнитооптич. эффекты (см. Магнитооптика). Особый интерес для теории представляют низкоразмерные А.: двухмерные (хлориды элементов Fe и Со, а также нек-рые двойные фториды ) и одномерные ( и др.).

В ряде А. с ионами обнаружено особенно сильное взаимодействие между колебаниями электронной и ядерной спиновых систем (). Магн. свойства безводных сульфатов Cu и Со (а также ) выявили существование эффекта наведения антиферромагн. упорядочения магн. полем при температурах выше Т_N за счёт т. н. взаимодействия Дзялошинского.

У большей части А. значения Т_N лежат ниже комнатной темп-ры. У А. гидратированных солей переходных элементов К.

В табл. 2 перечислены нек-рые наиб. изученные А., имеющие коллинеарную или слабонеколлинеарную (со слабым ферромагнетизмом) антиферромагн. структуру; указаны тип кристаллич. решётки, направление оси антиферромагн. упорядочения (ОАУ), а также значение точки Нееля Т_N и томп-ры в Кюри-Вейсса законе для парамагн. восприимчивости выше Т_N: = . Вещества с - метамагнетики. Наличие слабого ферромагнетизма отмечено буквами СФ, наличие ориентационного фазового перехода - буквами ОФП. В этом случае после букв ОФП указаны темп-pa (или область темп-р) ориентац. перехода и затем новое направление оси антиферромагн. упорядочения при низкой темп-ре. Низкоразмерные А. обозначены: двухмерные - 2d, одномерные - 1d; TC - темп-pa Кюри, пл.- плоскость, в к-рой находится ОАУ. В случаях 1d и 2d в столбце значений Т_N приведена темп-ра, при к-рой достигает макс. значения.

Кроме рассмотренных выше электронных А., среди элементов обнаружен, по крайней мере, один ядерный А.- твёрдый с К. Ядерный антиферромагнетизм с К обнаружен также у некоторых ван-флековских парамагнетиков ( и др.).

А. пока ещё не находит практич. применения. Однако изучение-физ. свойств А. играет большую роль в совр. развитии физики магн. явлений и особенно теории фазовых переходов и исследований свойств одно-и двухмерных магн. структур. Возможные приложения могут найти А--полупроводники, а также А. со СФ, особенно с T_N выше комнатной. Особого внимания заслуживают и , в к-рых можно заметно изменять скорость звука, прикладывая сравнительно слабое магн. поле. Среди А., относящихся к боридам и халькогенидам, есть сверхпроводники (напр., с темп-рой перехода в сверхпроводящее состояние Т_к = 2,7 К, с Т_к=1,4 К и др., см. Магнитные сверхпроводники).

Лит.: Нагаев Э. Л., Ферромагнитные и антиферромагнитные полупроводники, "УФН", 1975, т. 117. с. 437; Таблицы физических величин. Справочник, M., 197В; Белов К. П., Редкоземельные магнетики и их применение, M., 1980; Jоngh L. J. de. Miedеm a A. R., Experiments on simple magnetic model systems, "Adv. Phys.", 1974, v. 23, M 1. CM. также лит. при ст. Антиферромагнетизм.

А. С. Боровик-Романов.

   <<      Предметный указатель      >>