АНТИФЕРРОМАГНЕТИЗМ
АНТИФЕРРОМАГНЕТИЗМ, магнито-упорядоченное состояние вещества, характеризующееся тем, что магнитные моменты соседних частиц вещества - носителей магнетизма ориентированы навстречу друг другу (антипараллельно), и поэтому намагниченность тела в целом в отсутствии магнитного поля равна нулю. Этим антиферромагнетизм отличается от ферромагнетизма, при котором одинаковая ориентация всех атомных магнитных моментов приводит к высокой намагниченности тела. До начала 30-х гг. 20 в. по магнитным свойствам все вещества делили на три группы: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. У большинства парамагнетиков магнитная восприимчивость растёт с понижением температуры Т обратно пропорционально Т (закон Кюри). В 20 - 30-х гг. были обнаружены соединения (окислы и хлориды Mn, Fe, Co, Ni), обладающие иным видом зависимости от T. Кроме того, ниже температуры максимума была обнаружена сильная зависимость от ориентации кристалла в магнитном поле. Если поле направлено, напр., вдоль главной кристаллографической оси, то значение c вдоль этого направления (c║) убывает, стремясь к нулю при Т®0К. В направлениях, перпендикулярных этой оси, значение c┴ не зависит от температуры. Эти экспериментальные факты указывали на перестройку внутри структуры вещества при определенной температуре. В 1930-х гг. Л. Д. Ландау и французский физик Л. Неель объяснили указанные выше аномалии переходом парамагнетика в новое состояние, названное антиферромагнитным. У парамагнетиков при высоких температурах благодаря интенсивному тепловому движению направление магнитных моментов атомов (ионов) непрерывно беспорядочно меняется. Поэтому среднее по времени значение магнитного момента <m® каждого магнитного иона в веществе в отсутствии внешнего поля оказывается равным нулю. Ниже некоторой температуры ТN (температуры Нееля), которой соответствует максимум на кривой c(T), силы обменного взаимодействия между магнитным моментами соседних ионов оказываются сильнее, чем разупорядочивающее действие теплового движения. В результате средний магнитный момент каждого иона становится отличным от нуля и принимает определенное значение и направление, в веществе возникает магнитное упорядочение (см. Ферромагнетизм). Антиферромагнитная упорядочение характеризуется тем, что средний магнитный моменты всех (или большей части) ближайших соседей любого иона направлены навстречу его собственному магнитному моменту. Для этого обменное взаимодействие должно быть отрицательным (при ферромагнетизме обменное взаимодейстствие положительно и все магнитные моменты направлены в одну сторону). В каждом антиферромагнетике устанавливается определенный порядок чередования магнитных моментов. Порядок чередования магнитных моментов вместе с их направлением относительно кристаллографических осей определяет антиферромагнитную структуру вещества (её изучают главным образом методами нейтронографии). Такую структуру можно представить как систему вставленных друг в друга пространственных решёток магнитных ионов (подрешёток магнитных), в узлах каждой из которых находятся параллельные друг другу магнитные моменты. В антиферромагнетике каждая подрешётка состоит из магнитных ионов одного сорта. Суммарные магнитные моменты подрешёток компенсируются, поэтому антиферромагнетик в целом в отсутствии внешнего поля не имеет результирующего магнитного момента. Под действием внешнего магнитного поля антиферромагнетики подобно парамагнетикам приобретают слабую намагниченность. Для магнитной восприимчивости c антиферромагнетиков типичны значения 10-4 - 10-6. За создание антиферромагнитного порядка и определенную ориентацию магнитного моментов ионов относительно кристаллографических осей ответственны два рода сил: за порядок - силы обменного взаимодействия (электрической природы), за ориентацию - силы магнитной анизотропии. В антиферромагнетике обменные силы стремятся установить каждую пару соседних магнитных моментов строго антипараллельно. Но они не могут предопределить направление магнитных моментов подрешёток относительно кристаллографических осей. Направление магнитных моментов в кристалле называют осью антиферромагнетике или по аналогии с ферромагнетиками - осью лёгкого намагничивания и определяется силами магнитной анизотропии. В соответствии с этими двумя типами сил при теоретическом описании антиферромагнетиков вводят два эффективных магнитных поля: обменное поле HE и поле анизотропии HA. Представление о том, что в антиферромагнетике действуют два эффективных магнитных поля, позволяет объяснить многие свойства, в частности поведение антиферромагнетика в переменных внешних магнитных полях (см. Антиферромагнитный резонанс).