Различные формы проявления постоянных дипольных моментов
Рис. 5.11 иллюстрирует четыре различных вида магнетизма к которым приводит существование постоянных диполей в твердом теле. В дальнейшем мы рассмотрим их более подробно, однако вначале полезно вспомнить качественную картину возможных типов упорядочения. Парамагнетизм имеет место, когда магнитные моменты различных атомов в отсутствие магнитного поля не согласованы между собой. Конечно, в магнитном поле диполи стремятся к упорядочению и намагниченность определяется функцией, до некоторой степени подобной функции Ланжевена. В действительности ситуация оказывается несколько более сложной из-за 532 Гл. 5. Диэлектрические и магнитные свойства твердых тел Рис. 5.11. Возможное низкотемпературное упорядочение соседних диполей и соответствующее поведение спонтанной намагниченности и/или восприимчивости для парамагнетика (а), антиферромагнетика (б), ферромагнетика (в), ферримагнетика (г) [Chikazumi S — Physics of Magnetism, Wiley, 1964]. квантовых ограничений на величину проекции углового момента на направление внешнего поля9, однако в слабом поле магнитная восприимчивость описывается законом Кюри: 9 Описание парамагнетизма с помощью функции Ланжевена в общем аналогично использованию этой функции для описания простой картины, отражающей реакцию постоянных электрических диполей в полярном твердом теле на внешнее электрическое поле. В случае параэлектрического твердого тела сложности были связаны с ограничениями на ориентации диполей, налагаемыми кристаллической решеткой. В парамагнетиках ситуация осложняется совсем по другой причине (квантование углового момента) и функция Ланжевена должна быть заменена на функцию Бриллюэна. 5.2. Магнитные свойства твердых тел 533 Для антиферромагнетиков полная энергия кристалла при низких температурах в отсутствие внешнего магнитного поля минимальна, когда имеет место чередование противоположно направленных магнитных моментов. Такое расположение магнитных моментов очень устойчиво при низких температурах и магнитная восприимчивость в приложенном поле мала (значение (1/хт), как показано на рис. 5.11,6, велико). При повышении температуры эффективность взаимодействий между диполями уменьшается и восприимчивость возрастает до тех пор, пока при температуре Нееля TN спины не станут «свободными», чтобы реагировать на магнитное поле. При еще более высоких температурах твердое тело ведет себя как парамагнетик и его восприимчивость описывается модифицированным законом Кюри: *»=iHbr {5-74) Ферромагнетики при температурах ниже температуры Кюри Тс обладают упорядоченной структурой с параллельными спинами, что приводит к возникновению спонтанной намагниченности Ms. При температуре Кюри эта объемная намагниченность падает до нуля, и при более высоких температурах магнитная восприимчивость парамагнетиков для системы неупорядоченных спинов подчиняется закону Кюри — Вейсса: *»= {Т--тс) ■ (5>75) Упорядочение ферримагнитных материалов при низких температурах аналогично упорядочению антиферромагнетиков. Однако направленные навстречу друг другу магнитные моменты двух спиновых систем не равны, и состояние с наименьшей энергией обладает спонтанной намагниченностью. При нагревании такого твердого тела до точки Кюри Tf его намагниченность уменьшается до нуля, и при более высоких температурах оно ведет себя как парамагнетик. Температурная зависимость парамагнитной восприимчивости ферримагнитных твердых тел оказывается более сложной, чем в трех других случаях, приведенных на рис. 5.11.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Различные формы проявления постоянных дипольных моментов» з дисципліни «Фізика твердого тіла»
