Магнитные диэлектрики
Магни́тные диэле́ктрики, магнитные вещества с низкой электропроводностью. К ним относятся ферриты-шпинели, ферриты-гранаты, манганиты, ферробораты, оксиды и галогениды переходных металлов и др. В отличие от магнитных металлов, в магнитных диэлектриках взаимодействие между магнитными ионами осуществляется не через электроны проводимости, а посредством связующих анионов (лигандов). При таком косвенном характере обменного взаимодействия наряду с ферромагнетизмом наблюдаются также другие виды магнитного упорядочения: большинство антиферромагнетиков и ферримагнетиков ― диэлектрики. Особенностью оксидных магнитных диэлектриков в поликристаллической форме является бо́льшая (по сравнению с монокристаллами) величина статической диэлектрической проницаемости (до ), что связано с особым механизмом электрической поляризации – скоплением зарядов на границах кристаллитов.
Искусственные магнитные диэлектрические материалы, представляющие собой композиционные среды из магнитного порошка и непроводящей связки (например, полистирола, парафина или резины), называют магнитодиэлектриками.
В отдельный класс можно выделить разбавленные магнитные диэлектрики – непроводящие соединения (как правило, оксиды , ) с примесью магнитных металлов , , , , и др. Механизм взаимодействия между магнитными ионами в них, как и в других магнитных диэлектриках, не связан с электронами проводимости (в отличие от разбавленных магнитных полупроводников). Особенностью разбавленных магнитных диэлектриков является очень сильная зависимость их магнитного упорядочения от различного рода дефектов (вакансий, межузельных атомов и ионов), играющих роль посредников в косвенном обменном взаимодействии между ионами магнитных примесей. Это, с одной стороны, затрудняет исследование разбавленных магнитных диэлектриков, с другой – позволяет в перспективе надеяться на создание материалов с регулируемыми магнитными свойствами.
Магнитные диэлектрики, в которых, наряду с магнитным, существует сегнетоэлектрическое упорядочение, называют сегнетомагнетиками. Они являются частным случаем более общего класса – мультиферроиков, сочетающих в себе различные виды упорядочений (магнитное, сегнетоэлектрическое и сегнетоэластическое). Сегнетоэлектрическое упорядочение может иметь как собственное, так и несобственное, вызванное магнитным упорядочением или магнитным полем (магнитоиндуцированное), происхождение. Взаимосвязь магнитной и электрической подсистем в магнитных диэлектриках и сегнетомагнетиках может проявляться в ряде магнитоэлектрических явлений (например, в магнитоэлектрическом эффекте), а также в виде зависимости диэлектрической проницаемости от напряжённости магнитного поля (т. н. магнитодиэлектрический эффект). Магнитодиэлектрический эффект выражен в магнитных диэлектриках с конкурирующими ферромагнитным и антиферромагнитным упорядочениями, в частности в спиновых стёклах. Поскольку антиферромагнитная фаза характеризуется меньшей электропроводностью, чем ферромагнитная, то изменение баланса между ними в магнитном поле вызывает сильную модуляцию диэлектрической проницаемости (более 15 % в двойных перовскитах ). Гигантские величины магнитодиэлектрических эффектов могут наблюдаться в сегнетомагнетиках за счёт магнитоиндуцированной электрической поляризации. Так, в ферроборате самария относительное изменение диэлектрической проницаемости в магнитном поле 5 кЭ составляет более 200 %.
Магнитные диэлектрики используют там, где нужно уменьшить потери на вихревые токи: в качестве сердечников в катушках индуктивности, магнитопроводов в трансформаторах и т. п. Практический интерес представляет также особый класс магнитных диэлектриков – композиционные магнитоэлектрические материалы (магнитоэлектрические композиты). Они могут быть созданы в форме слоистых структур из пьезоэлектрических и магнитострикционных материалов или в виде взвешенных в жидкой среде диэлектрических магнитных частиц.