18. Антиферромагнетизм
Антиферромагнетизм – одно из магнитных состояний вещества, отличающееся от ферромагнетизма тем, что элементарные (атомные) магнитики соседних частиц вещества ориентированы антипараллельно (рис. 2.7). В связи с этим, антиферромагнитный эффект весьма мал (χ ≈ 10-5÷10-3).
К антиферромагнетикам относятся редкоземельные элементы, Cr, Mn, а так же многие оксиды, фториды, хлориды, сульфиды и карбонаты переходных элементов.
Рис. 2.7. Доменная магнитная структура антиферромагнетика
Антиферромагнетикам, как правило, характерны следующие свойства:
наличие специфической температурной зависимости магнитной восприимчивости (по мере повышения температуры, начиная от T=0 К, магнитная восприимчивость возрастает, а после прохождения через некоторый максимум, определяемый точкой Нееля, начинает падать, причем в области температур превышающих значение точки Нееля зависимость подчиняется закону Кюри-Вейсса, т. е. отвечает свойствам парамагнетика);
в слабых полях χ антиферромагнетика практически не зависит от намагничивающего поля (χ=const), в сильных полях χ обычно является сложной функцией поля;
в монокристаллах антиферромагнетика наблюдается магнитная анизотропия, т. е. зависимость величины и характера изменения χ от направления поля по отношению к кристаллографическим осям;
во многих антиферромагнетиках наблюдается сильное резонансное поглощение электромагнитного излучения для длин волн 10-5–10-2 м.
Последнее свойство антиферромагнетиков широко используется в промышленности. В остальном же, антиферромагнетики не находят широкого применения в современных технических устройствах и системах.
19. Ферримагнетизм
Ферримагнетизм – одно из магнитных состояний вещества, характеризующееся антипараллельной ориентацией атомных магнитных моментов. В некотором приближении ферримагнетизм подобен антиферромагнетизму, но в отличие от него, по причине того, что в его создании участвуют носители магнитного момента двух (или более) видов, различающихся по химическим свойствам, противоположно направленные магнитные моменты подрешеток ферримагнетиков не равны друг другу по абсолютной величине (рис. 2.8). По этой причине и наблюдается не равный нулю результирующий магнитный момент ферримагнетиков. Такой магнитный порядок сохраняется до температуры T=θН (точка Нееля), выше которой вещество переходит в парамагнитное состояние.
Рис. 2.8. Доменная магнитная структура ферримагнетика
Этимологически, понятие «ферримагнетик» происходит от ферритов – группы химических веществ, представляющих собой соединения оксида железа (Fe2O3) с оксидами других металлов, например соединения, со структурной формулой MeO·Fe2O3, где Me2+ – двухвалентный металл (Fe, Cu, Co, Ni, Zn, Cd, Mg, Mn и др.).
Некоторые из этих ферритов обладают сильными магнитными свойствами, например никелевый (NiO·Fe2O3) или марганцевый (MnO·Fe2O3) феррит. Иные, такие как цинковый (ZnO·Fe2O3) или кадмиевый (CdO·Fe2O3) ферриты – немагнитны.
Многие свойства ферримагнетиков, например, зависимость I = f(H), во многом аналогичны свойствам ферромагнетиков, но между этими группами веществ, все же имеются и принципиальные различия.
Сравнивая, например, температурные зависимости намагниченности насыщения ферромагнетиков и ферримагнетиков, становится очевидным, что если для ферромагнетиков в данной зависимости является характерным существование точки Кюри, то для ферримагнетиков с повышением температуры интенсивность насыщения постепенно уменьшается, доходит до нуля, начинает возрастать, а потом снова падает до нуля. При дальнейшем нагреве ферримагнетик остается парамагнитным. Здесь температуру вторичного обращения интенсивности насыщения в ноль называют точкой Нееля, а температуру первичного обращения в ноль – точкой компенсации.
Отметим, также, что для большинства ферримагнетиков характерны значительно меньшие по сравнению с ферромагнетиками значения намагниченности насыщения, а так же ряд других особенностей.
Наряду с кристаллическими ферримагнетиками, известны также и аморфные варианты их структуры. В этом случае ионы в подрешетках занимают случайно размещенные в пространстве позиции. Типичными представителями аморфных ферримагнетиков являются сплавы железа и тяжелых редкоземельных металлов (Fe2-Tb или Fe2-Gd).
В настоящее время используют сотни различных марок ферритов, отличающихся по химическому составу, кристаллической структуре, магнитным и другим свойствам. Помимо элементарных однокомпонентных ферритов большое распространение получили двух- и многокомпонентные ферриты, ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса, ферриты для устройств СВЧ, ферриты с большой константой магнитострикции. Области и объем использования ферритов весьма разнообразны и постоянно расширяются.