Для опису впорядкованих магнітних структур, які приводять до феромагнетизму, антиферомагнетизму та феримагнетизму, вводять поняття магнітної елементарної комірки - найменшої сукупності груп атомів кристалічної структури, трансляцією якої одержують усю магнітну структуру кристала. Магнітна елементарна комірка може збігатися з кристалічною, однак у більшості випадків її розмір є кратним розміру кристалічної. Останніми роками відкрито несумірні структури, в яких відношення параметрів магнітної та кристалічної решіток є ірраціональним числом. Усі кристали з магнітними елементарними комірками поділяють на дві групи: з таким, що не дорівнює нулю та з таким, що дорівнює нулю сумарним (результуючим) магнітним моментом. Такий, що не дорівнює нулю, сумарний макроскопічний момент одиниці об'єму називають спонтанною намагніченістю і позначають символом JS. Кристали, в яких JS 0, називають феромагнетиками, а кристали з JS=0 називають антиферомагнетиками. Схематично різні типи магнітного впорядкування у кристалах зображені на рис. 6.1. У феромагнітній структурі всі магнітні моменти атомів (для простоти на рис. 6.1 зображені атоми одного сорту) напрямлені паралельно один одному, внаслідок чого в такій структурі JS 0. В антиферомагнітній структурі сусідні вузли займають атоми, які мають рівні, але протилежно напрямлені магнітні моменти, які взаємно компенсуються, тому JS=0. Вісь, уздовж якої розміщуються антиферомагнітно впорядковані магнітні моменти, називають віссю антиферомагнетизму. Усі атоми, які мають однаковий напрям магнітних моментів у структурі, об'єднують у так звані магнітні підрешітки. На рис. 6.1 б атоми, магнітні моменти яких напрямлені "вгору", утворюють одну підрешітку, а атоми з протилежним напрямом магнітних моментів -іншу підрешітку. Ці дві підрешітки утворені атомами, які перебувають у кристалографічно еквівалентних положеннях, тому їх називають еквівалентними магнітними підрешітками. У загальному випадку магнітна структура може містити декілька підрешіток, утворених атомами з кристалографічно нееквівалентних позицій. У феримагнітній структурі (рис. 6.1 в) сусідні атоми також мають антипаралельну орієнтацію, однак сумарний магнітний момент комірки не дорівнює нулю. Отже, така структура має спонтанну намагніченість, оскільки магнітні моменти іонів
а б в г д
Рисунок 6.1 - Схематичне зображення орієнтації магнітних моментів у колінеарних (а – феромагнетик; б – антиферомагнетик; в – феромагнетик) та неколінеарних магнітних структурах (г – феромагнітна структура; д – антиферомагнітна структура)
різних підрешіток є нескомпенсованими. Неповна компенсація зумовлена тим, що в елементарну магнітну підрешітку може входити неоднакове число атомів або величини моментів різних атомів є неоднаковими. В цьому розумінні феримагнетизм називають нескомпенсованим антиферомагнетизмом. Розглянуті магнітні структури називають колінеарними. Крім них, є багато типів неколінеарних магнітних структур (рис. 6.1 г, д). Слабонеколінеарна магнітна структура властива слабким феромагнетикам і характеризується наявністю невеликого за величиною результуючого магнітного моменту, який виникає внаслідок незначної неколінеарності напрямів антиферомагнітного впорядкування магнітних моментів підрешіток. Крім того, можливою є також слабонеколінеарна антиферомагнітна структура, яка не має результуючого моменту. Існують сильнонеколінеарні структури, в яких магнітні моменти двох підрешіток напрямлені під кутами один до одного, і при їх додаванні виникає результуючий момент, антипаралельний моменту третьої підрешітки. Особливу групу становлять кристали, в яких спостерігається гвинтове та гелікоїдальне магнітне впорядкування. Магнітну структуру речовин визначають багатьма методами. Прямий метод визначення атомної магнітної структури ґрунтується на явищі дифракції нейтронів. У деяких випадках певні дані про магнітну структуру можна дістати за допомогою ефекту Месбауера та методом ядерного магнітного резонансу (ЯМР).
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Феромагнетизм, антиферомагнетизм, феримагнетизм» з дисципліни «Фізика твердого тіла»
