Антиферромагнетизм - Antiferromagnetism

Антиферромагнитный порядок

В материалах, которые выставляют антиферромагнетизм, то магнитные моменты из атомы или же молекулы, обычно относящиеся к спинам электроны, выровняйте по правильному шаблону с соседними спины (на разных подрешетках) в противоположных направлениях. Это как ферромагнетизм и ферримагнетизм, проявление упорядоченного магнетизм.

Обычно антиферромагнитный порядок может существовать при достаточно низких температурах, но исчезает при температуре и выше. Температура Нееля - названный в честь Луи Неэль, которые впервые идентифицировали этот тип магнитного упорядочения.[1] Выше температуры Нееля материал обычно парамагнитный.

Измерение

В отсутствие внешнего поля антиферромагнитная структура соответствует нулевой полной намагниченности. Во внешнем магнитном поле своего рода ферримагнитный поведение может проявляться в антиферромагнитной фазе, при этом абсолютное значение намагниченности одной из подрешеток отличается от таковой для другой подрешетки, что приводит к ненулевой суммарной намагниченности. Хотя чистая намагниченность должна быть равна нулю при температуре абсолютный ноль, эффект спиннинг кантинг часто вызывает небольшую чистую намагниченность, как, например, в гематит.

В магнитная восприимчивость антиферромагнитного материала обычно показывает максимум при температуре Нееля. Напротив, при переходе между ферромагнитный к парамагнитный фазы восприимчивости будут расходиться. В антиферромагнитном случае наблюдается расходимость пораженная восприимчивость.

Различные микроскопические (обменные) взаимодействия между магнитными моментами или спинами могут приводить к антиферромагнитным структурам. В простейшем случае можно рассматривать Модель Изинга на двудольный решетка, например простой кубическая решетка, со связями между спинами на ближайших соседних узлах. В зависимости от знака этого взаимодействия ферромагнитный или возникнет антиферромагнитный порядок. Геометрическое разочарование или же конкурирующий ферро- и антиферромагнитные взаимодействия могут приводить к разным и, возможно, более сложным магнитным структурам.

Антиферромагнитные материалы

Антиферромагнитные структуры впервые были показаны нейтронография оксидов переходных металлов, таких как оксиды никеля, железа и марганца. Эксперименты, проведенные Клиффорд Шулл, дал первые результаты, показывающие, что магнитные диполи могут быть ориентированы в антиферромагнитной структуре.[2]

Антиферромагнитные материалы обычно встречаются среди переходный металл соединения, особенно оксиды. Примеры включают гематит, металлы, такие как хром, сплавы, такие как железо-марганец (FeMn), и оксиды, такие как оксид никеля (NiO). Среди кластеров металлов с высокой ядерностью также есть многочисленные примеры. Органические молекулы также могут проявлять антиферромагнитное взаимодействие в редких случаях, как видно из таких радикалов, как 5-дегидро-м-ксилилен.

Антиферромагнетики могут соединяться с ферромагнетики, например, с помощью механизма, известного как предвзятость обмена, в которой ферромагнитный пленка либо выращивается на антиферромагнетике, либо отжигается в выравнивающем магнитном поле, в результате чего поверхностные атомы ферромагнетик для выравнивания с атомами поверхности антиферромагнетика. Это дает возможность «закрепить» ориентацию ферромагнитный фильм, который обеспечивает одно из основных применений в так называемых спиновые клапаны, лежащих в основе магнитных датчиков, в том числе современных привод жесткого диска читать головы. Температура, при которой антиферромагнитный слой теряет способность «фиксировать» направление намагничивания соседнего ферромагнитного слоя или выше, называется температурой блокировки этого слоя и обычно ниже, чем температура Нееля.

Геометрическое разочарование

Основная статья: Геометрическое разочарование

В отличие от ферромагнетизма, антиферромагнитные взаимодействия могут приводить к множеству оптимальных состояний (основные состояния - состояния с минимальной энергией). В одном измерении основное состояние антиферромагнетика представляет собой чередующуюся серию спинов: вверх, вниз, вверх, вниз и т. Д. Однако в двух измерениях может возникнуть несколько основных состояний.

Рассмотрим равносторонний треугольник с тремя вращениями, по одному на каждой вершине. Если каждое вращение может принимать только два значения (вверх или вниз), есть 23 = 8 возможных состояний системы, шесть из которых являются основными. Две ситуации, которые не являются основными состояниями, - это когда все три спина активированы или все опущены. В любом из шести других состояний будет два благоприятных взаимодействия и одно неблагоприятное. Это иллюстрирует разочарование: неспособность системы найти единственное основное состояние. Этот тип магнитного поведения был обнаружен в минералах, которые имеют структуру стопки кристаллов, такую ​​как Решетка Кагоме или же шестиугольная решетка.

Другие свойства

Синтетические антиферромагнетики (часто сокращенно SAF) - это искусственные антиферромагнетики, состоящие из двух или более тонких ферромагнитных слоев, разделенных немагнитным слоем.[3] Дипольное взаимодействие ферромагнитных слоев приводит к антипараллельному выравниванию намагниченности ферромагнетиков.

Антиферромагнетизм играет решающую роль в гигантское магнитосопротивление, как было обнаружено в 1988 г. Нобелевская премия победители Альберт Ферт и Петер Грюнберг (награждена в 2007 году) с использованием синтетических антиферромагнетиков.

Есть также примеры неупорядоченных материалов (таких как железо-фосфатные стекла), которые становятся антиферромагнитными при температуре ниже своей температуры Нееля. Эти неупорядоченные сети «нарушают» антипараллельность соседних спинов; т.е. невозможно построить сеть, в которой каждый спин окружен противоположными соседними спинами. Можно только определить, что средняя корреляция спинов соседей является антиферромагнитной. Этот тип магнетизма иногда называют сперомагнетизм.

Интересное явление происходит в анизотропный Гейзенберг антиферромагнетики в поле, где спин-флоп и сверхтвердый фазы могут быть стабилизированы. Последняя фаза была описана в первую очередь Такео Мацубара и Х. Мацуда в 1956 г.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ М. Луи Неэль (1948). "Propriétées magnétiques des ferrites; Férrimagnétisme et antiferromagnétisme" (PDF). Annales de Physique. 12 (3): 137–198. Bibcode:1948АнФ ... 12..137Н. Дои:10.1051 / anphys / 194812030137.
  2. ^ Shull, C.G .; Strauser, W.A .; Воллан, Э. О. (1951-07-15). «Дифракция нейтронов на парамагнитных и антиферромагнитных веществах». Физический обзор. Американское физическое общество (APS). 83 (2): 333–345. Bibcode:1951ПхРв ... 83..333С. Дои:10.1103 / Physrev.83.333. ISSN  0031-899X.
  3. ^ М. Форрестер, Ф. Кусмарцев (2014). «Наномеханика и магнитные свойства высокомоментных синтетических антиферромагнитных частиц». Physica Status Solidi A. 211 (4): 884–889. Bibcode:2014PSSAR.211..884F. Дои:10.1002 / pssa.201330122.

внешняя ссылка