Физические процессы, явления

Ферримагнетизм

Ферримагнети́зм, одно из магнитоупорядоченных состояний вещества, в котором атомов (ионов) антипараллельны, но не компенсируются полностью (нескомпенсированный антиферромагнетизм); в более широком смысле – совокупность свойств в этом состоянии. В отличие от , ферримагнетизм может существовать не только в , но и в твёрдых телах. Вещества, в которых возникает ферримагнитное упорядочение, называют . В ферримагнетиках магнитные моменты атомов (ионов) образуют две или несколько неэквивалентных с Mi\boldsymbol M_i, направленными антипараллельно. В отсутствие внешнего магнитного поля ферримагнетик обладает отличной от нуля результирующей Ms\boldsymbol M_s.

Подрешётки ферримагнетика образованы собственными магнитными моментами атомов с незаполненными внутренними d- или f-электронными оболочками. Подрешётки могут содержать ионы разной одного элемента или ионы различных элементов, или ионы одного элемента, но находящиеся в различных кристаллографических позициях. Необходимым условием существования ферримагнитного упорядочения является наличие отрицательного между магнитными моментами различных подрешёток, которое ориентирует их антипараллельно друг другу. Обычно это , которое осуществляется через перекрытие электронов магнитных катионов переходных металлов и волновых функций диамагнитных анионов. В металлических сплавах отрицательное косвенное обменное взаимодействие осуществляется через коллективизированные .

Ферримагнитное упорядочение устанавливается при температурах ниже ТС, выше которой ферримагнетик переходит в . При этом происходит 2-го рода, который сопровождается характерными аномалиями , и , и других свойств. В парамагнитной области обратная χ–1 ферримагнетиков не подчиняется линейному , а имеет нелинейный гиперболический характер. При T ТС она приближается к зависимости, свойственной , а при приближении к ТС резко спадает, стремясь к нулю при T→ТС.

Наличие в ферримагнетике двух и более неэквивалентных магнитных подрешёток приводит к более сложной, чем в ферромагнетике, зависимости спонтанной намагниченности от температуры, т. к. зависимости Mi(Т) различных подрешёток различаются. При росте температуры спонтанная намагниченность может убывать монотонно, как в ферромагнетике, может возрастать при низких температурах и потом проходить через максимум, может монотонно убывать и проходить через нуль при некоторой фиксированной температуре Тк, называемой точкой компенсации. При T→ТС спонтанная намагниченность стремится к нулю. При наличии точки компенсации при T = Тк свойства ферримагнетика становятся подобны свойствам антиферромагнетика. В непосредственной близости к температуре компенсации поведение ферримагнетика оказывается ещё более сложным.

Необычно поведение ферримагнетиков в сильных магнитных полях, сравнимых по величине с эффективным полем межподрешёточного обменного взаимодействия. Простейшая коллинеарная магнитная структура в некотором интервале магнитных полей и температур может стать неколлинеарной вследствие конкуренции отрицательного обменного взаимодействия между магнитными подрешётками и взаимодействия магнитных моментов с внешним полем H\boldsymbol H. В слабых полях H < Hкр1 сохраняется начальное ферримагнитное состояние, в сильных полях H > Hкр2 возникает индуцированная полем ферромагнитная фаза, а в интервале полей Hкр1 < H < Hкр2 возникает неколлинеарная (угловая) фаза, в которой магнитные моменты подрешёток составляют различные углы с направлением поля.

Многие ферримагнетики являются или . Наиболее хорошо изучены и нашли широкое применение в технике оксидные кристаллы – (ферриты-шпинели, , хромиты, кобальтиты, ферриты-гранаты, ортоферриты с ионами РЗЭ, гексаферриты). К ферримагнетикам принадлежат двойные фториды типа RuNiF3, а также ряд сплавов и . Как правило, это магнетики, содержащие атомы редкоземельных металлов (R) и атомы элементов группы железа (М). Интерметаллические соединения типа RFе2 обладают рекордной и используются в качестве . Интерметаллиды типа RM5 обладают большой энергией магнитной анизотропии и, следовательно, большой , что позволяет использовать их в качестве .

  • Физика магнитных явлений