магнитная подрешётка

МАГНИТНАЯ ПОДРЕШЁТКА - совокупность кристаллографически эквивалентных атомов кристалла, атомные магн. моменты к-рых равны и параллельны; понятие "М. п." используется при описании магнитной атомной структуры магнитоупорядоченных кристаллов (МУ-кристаллов) в модели локализов. магн. моментов. Рассчитанная на единицу объёма сумма магн. моментов атомов, входящих в данную М. п., наз. намагниченностью подрешётки. Термин "М. п." возник, когда число М. п. у известных кристаллов не превышало двух, т. е. когда среди магн. структур кристаллов были известны лишь простейшие их типы: ферромагнитная (ФМ-структура, одна подрешётка) и коллинеарная антиферромагнитная (АФМ-структура, две подрешётки). Позднее к ним добавилась неелев-ская коллинеарная ферримагн. структура (ФИМ-структура, в простейшем случае - две подрешётки). В дальнейшем были обнаружены магнетики. с более сложными, неколлинеарными магн. структурами и, соответственно, с большим числом подрешёток (три, четыре и более). Описание свойств винтовых несоразмерных магнитных структур формально требует бесконечного числа М. п., поэтому к таким структурам понятие "М. п." не применяют.

Прямые эксперим. доказательства существования М. п. были получены методами магнитной нейтронографии. Магн. нейтронограммы многих МУ-магнетиков указывают на существование в них небольшого числа М. п. Концепция М. п. широко используется в физике МУ-кристаллов: при интерпретации их нейтронограмм; в феноменологич. теории МУ-магнетиков; при описании полевой и температурной зависимости магн. восприимчивости МУ-кристаллов; ВЧ-свойств МУ-кристаллов; явлений ферро- и антиферромагн. резонанса; магнитоупругого взаимодействия и т. д.

Строго говоря, М. п.- понятие модельное. Иллюстрацией этого может служить следующий пример. Предположим, что АФМ-структура кристалла такова, что в магнитной ячейке имеются атомные моменты четырёх направлений, так что число М. п. здесь равно 4 (рис.). Но если угол мал, то приближённо можно считать, что магн. структура характеризуется лишь двумя М. п. с антипараллельной ориентацией их намагниченностей (за их антипараллельность ответственно сильное обменное взаимодействие отрицат. знака), а расщепление каждой из них, в свою очередь, на две обязано гораздо более слабым (релятивистским) взаимодействиям. Тогда для описания большинства свойств такого антиферромагнетика достаточно пренебречь слабой неколлинеарностью и пользоваться двухподрешёточной моделью. Лишь для объяснения нек-рых эксперим. данных потребуется рассмотрение истинной магн. структуры и использование 4-подрешёточной модели.

Т. о., часто число вводимых М. п. связано с глубиной (детальностью) теоретич. рассмотрения магн. структуры МУ-кристаллов и их свойств. Иногда, даже зная из эксперим. данных о наличии большого числа М. п., сознательно применяют огрублённое описание и для простоты пользуются меньшим числом М. п. (чаще всего это соответствует обменному приближению). Естественно, число М. п. не может превышать числа магн. атомов в магн. ячейке.

В феноменологич. теории МУ-кристаллов понятие М. и. обретает новые черты. Суммарная намагниченность каждой подрешётки считается непрерывно распределённой в пространстве с плотностью так что МУ-кристалл рассматривают как совокупность взаимопроникающих сплошных сред с намагниченностями для каждой из них. Термодинамический потенциал Ф кристалла записывается с учётом энергии взаимодействия намагниченностей подрешёток и инвариантен к группе симметрии парамагн. фазы кристалла. В число входящих в Ф членов есть члены, соответствующие взаимодействию намагниченности подрешётки с самой собой, а не только с намагниченностями других М. п. Такой подход позволяет исследовать, напр., динамич. свойства МУ-кристаллов, в частности собств. частоты колебаний намагниченностей М. п. (спектр спиновых волн), если допустить слабую неоднородность М. п. (небольшие отклонения локальной намагниченности от ср. значения) и характеризовать МУ-кристалл не только намагниченностями но и их градиентами. При актуальных для эксперимента ДВ-колебаниях можно считать неоднородности малыми и использовать разложение по малым отклонениям от равновесного распределения намагниченностей М. п.

При использовании любой модели М. п. (точной или огрублённой) в решении подобных динамич. задач должно выполняться следующее правило: число ветвей колебат. спектра равно числу М. п. (числу прецессирующих векторов намагниченности), одна из ветвей является бесщелевой (голдстоуновской), а остальные имеют щели (являются оптическими) - при учёте достаточного количества взаимодействий; при пренебрежении же какими-то взаимодействиями бесщелевыми могут стать и другие ветви.

Лит.: Туров Е. А., Физические свойства магнитоупорядоченных кристаллов, М., 1963; Смарт Дж.. Эффективное поле в теории магнетизма, пер. с англ., М., 19158.

В. К. Найш.

   <<      Предметный указатель      >>