Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

МАГНИ́ТНЫЙ ФА́ЗОВЫЙ ПЕРЕХО́Д

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 18. Москва, 2011, стр. 385-386

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: Ю. Г. Рудой

МАГНИ́ТНЫЙ ФА́ЗОВЫЙ ПЕРЕХО́Д, фа­зо­вый пе­ре­ход, при ко­то­ром из­ме­ня­ет­ся фа­за (со­стоя­ние) маг­нит­ной под­сис­те­мы ве­ще­ст­ва. Как пра­ви­ло, та­кой под­сис­те­мой яв­ля­ет­ся спи­но­вая под­сис­те­ма твёр­до­го маг­не­ти­ка, ко­то­рая ха­рак­те­ри­зу­ет­ся од­ним или не­сколь­ки­ми па­ра­мет­ра­ми маг­нит­но­го упо­ря­до­че­ния. В хо­де М. ф. п. про­ис­хо­дит из­ме­не­ние этих па­ра­мет­ров – скач­ко­об­раз­ное при М. ф. п. 1-го ро­да и не­пре­рыв­ное при М. ф. п. 2-го ро­да.

М. ф. п. обу­слов­ле­ны из­ме­не­ни­ем од­но­го или не­сколь­ких тер­мо­ди­на­мич. па­ра­мет­ров: темп-ры $T$ (спон­тан­ные М. ф. п.), дав­ле­ния $p$ или внеш­не­го маг­нит­но­го по­ля $H$ (ин­ду­ци­ро­ван­ные М. ф. п.), кон­цен­тра­ции маг­нит­ных ио­нов $x$ (кон­цен­тра­ци­он­ные М. ф. п.). Ти­пич­ны­ми при­ме­ра­ми М. ф. п. яв­ля­ют­ся спон­тан­ные пе­ре­хо­ды от фер­ро- к па­ра­маг­нит­ной фа­зе в Кю­ри точ­ке или от ан­ти­фер­ро- к па­ра­маг­нит­ной фа­зе в Не­еля точ­ке; ин­дуци­ро­ван­ные внеш­ним маг­нит­ным по­лем пе­ре­хо­ды от ан­ти­фер­ро­маг­нит­ной к «ве­ер­ной» (т. н. спин-флоп) фа­зе (см. Спин-флоп пе­ре­ход) и да­лее к фер­ро­маг­нит­ной; кон­цен­тра­ци­он­ные М. ф. п. от фер­ро­маг­нит­ной фа­зы к фа­зе спи­но­во­го стек­ла. Маг­нит­ные фа­зы ве­ще­ст­ва час­то со­су­ще­ст­ву­ют с др. упо­ря­до­чен­ны­ми фа­за­ми, по­это­му М. ф. п. мо­гут со­про­во­ж­дать­ся струк­тур­ны­ми фа­зо­вы­ми пе­ре­хо­да­ми, фа­зо­вы­ми пе­ре­хо­да­ми в сверх­про­во­дя­щее, сег­не­то­элек­трич. со­стоя­ние и др.

Для опи­са­ния маг­нит­ной фа­зы обыч­но ис­поль­зу­ет­ся один или неск. маг­нит­ных па­ра­мет­ров даль­не­го по­ряд­ка. В про­стей­шем слу­чае од­ной маг­нит­ной под­ре­шёт­ки изо­троп­ная фер­ро­маг­нит­ная фа­за опи­сы­ва­ет­ся од­ним (ска­ляр­ным) зна­че­ни­ем удель­ной на­маг­ни­чен­но­сти $\boldsymbol m$. При на­ли­чии двух или бо­лее маг­нит­ных под­ре­шё­ток $(A, B, …)$ па­ра­мет­ра­ми упо­ря­до­че­ния яв­ля­ют­ся удель­ные на­маг­ни­чен­но­сти под­ре­шё­ток $\boldsymbol m_A, \boldsymbol m_B, …$ или их про­ек­ции на кри­стал­ло­гра­фич. оси об­раз­ца, а так­же век­тор­ные па­ра­мет­ры $\boldsymbol m = \boldsymbol m_A + \boldsymbol m_B$ и $\boldsymbol l = \boldsymbol m_A - \boldsymbol m_B$, для ко­то­рых $\boldsymbol m \boldsymbol l = 0$, при­чём для ан­ти­фер­ро­маг­не­ти­ка $\boldsymbol m = 0$, то­гда как для сла­бо­го фер­ро­маг­не­ти­ка $\boldsymbol m ≠ 0$; $\boldsymbol l$ – век­тор ан­ти­фер­ро­маг­не­тиз­ма.

В фер­ро­маг­нит­ной фа­зе при $H = 0$ даль­ний маг­нит­ный по­ря­док с $m ≠ 0$ су­ще­ст­ву­ет лишь при темп-рах $T ⩽ T_С$, где $T_С$ – темп-ра Кю­ри, при ко­то­рой про­ис­хо­дит М. ф. п. 2-го ро­да в па­ра­маг­нит­ную фа­зу, а на­чаль­ная маг­нит­ная вос­при­им­чи­вость $χ∼1/(T-T_С)$ име­ет в этой точ­ке осо­бен­ность. На­ло­же­ние внеш­не­го по­ля и/или ко­неч­ность раз­ме­ров об­раз­ца де­ла­ют М. ф. п. раз­мы­тым, а со­от­вет­ст­вую­щие им ано­ма­лии – сгла­жен­ны­ми.

В ре­аль­ных, т. е. про­стран­ст­вен­но ог­ра­ни­чен­ных и не­иде­аль­ных в кри­стал­ло­хи­мич. от­но­ше­нии маг­не­ти­ках М. ф. п. 1-го ро­да обыч­но со­про­во­ж­да­ют­ся воз­ник­но­ве­ни­ем т. н. про­ме­жу­точ­но­го со­стоя­ния, ко­то­рое су­ще­ст­вен­но влия­ет на гис­те­ре­зис­ные и ме­та­ста­биль­ные яв­ле­ния при маг­нит­ном фа­зо­вом пе­ре­хо­де.

Тео­ре­тич. ана­лиз М. ф. п. про­во­дит­ся с по­мо­щью мно­го­мер­ных маг­нит­ных фа­зо­вых диа­грамм, ко­то­рые стро­ят­ся в ко­ор­ди­на­тах $T$, $p$, $H$, $x$. Наи­бо­лее упот­ре­би­тель­ны дву­мер­ные маг­нит­ные фа­зо­вые диа­грам­мы в ко­ор­ди­на­тах темп-ра $T$ – на­пря­жён­ность маг­нит­но­го по­ля $H$, а так­же в ко­ор­ди­на­тах темп-ра $T$ – кон­цен­тра­ция маг­нит­ной ком­по­нен­ты $x$ слож­но­го маг­нит­но­го со­еди­не­ния.

Как и для всех ти­пов фа­зо­вых пе­ре­хо­дов, для М. ф. п. ха­рак­тер­ны тер­мо­ди­на­мич. и ди­на­мич. ано­ма­лии. К тер­мо­ди­на­мич. ано­ма­ли­ям от­но­сят­ся скач­ки пер­вых про­из­вод­ных сво­бод­ной энер­гии (на­маг­ни­чен­но­сти, эн­тро­пии и объ­ё­ма) при М. ф. п. 1-го ро­да и вто­рых про­извод­ных (маг­нит­ной вос­при­им­чи­во­сти, те­п­ло­ём­ко­сти и сжи­мае­мо­сти) при М. ф. п. 2-го ро­да; к ди­на­мическим – ано­ма­лии ско­ро­сти зву­ка и яв­ле­ние т. н. кри­тич. за­мед­ле­ния (стрем­ле­ние к ну­лю не­ко­то­рых ки­не­тич. ко­эф­фи­ци­ен­тов – диф­фу­зии, вяз­ко­сти и т. п.).

Про­стей­ший тип спон­тан­ных М. ф. п. – пе­ре­ход ти­па маг­нит­ный по­ря­док – бес­по­ря­док ме­ж­ду лю­бой маг­ни­то­упо­ря­до­чен­ной и па­ра­маг­нит­ной фа­зой – обыч­но име­ет ме­сто в чис­тых хи­мич. эле­мен­тах (же­ле­зо, ни­кель, ко­бальт, хром). В хи­мич. со­еди­не­ни­ях встре­ча­ют­ся пе­ре­хо­ды ме­ж­ду дву­мя ти­па­ми маг­нит­но­го по­ряд­ка, или т. н. ме­та­маг­нит­ные пе­ре­хо­ды (напр., в спла­вах на ос­но­ве мар­ган­ца). Ти­пич­ным при­ме­ром яв­ля­ет­ся пе­ре­ход ме­ж­ду фер­ро- и ан­ти­фер­ро­маг­нит­ной фа­зой, обу­слов­лен­ный т. н. об­мен­ной ин­вер­си­ей – сме­ной зна­ка об­мен­но­го ин­те­гра­ла при те­п­ло­вом рас­ши­ре­нии ре­шёт­ки.

Бо­лее слож­ным ти­пом спон­тан­ных М. ф. п. яв­ля­ют­ся т. н. ори­ен­та­ци­он­ные пе­ре­хо­ды, где из­ме­не­ние ори­ен­та­ции па­ра­мет­ров маг­нит­но­го по­ряд­ка $\boldsymbol m$ или $\boldsymbol l$ от­но­си­тель­но осей кри­стал­ла обу­слов­ле­но сме­ной зна­ка кон­стан­ты ани­зо­тро­пии при из­ме­не­нии темп-ры. По­доб­ный пе­ре­ход мо­жет про­ис­хо­дить как один М. ф. п. 1-го ро­да (в ред­ко­зе­мель­ном ор­то­фер­ри­те на ос­но­ве Dy, а так­же в ге­ма­ти­те α-Fe2O3) или как по­сле­до­ва­тель­ность двух М. ф. п. 2-го ро­да (напр., в ред­ко­зе­мель­ных ор­то­фер­ри­тах на ос­но­ве Sm и Tm).

Ин­ду­ци­ро­ван­ные М. ф. п. про­ис­хо­дят при на­ло­же­нии внеш­не­го маг­нит­но­го по­ля или дав­ле­ния (при ус­ло­вии $T=\rm{const},\,\it x=\rm{const}$), ко­гда маг­нит­ное по­ле дос­ти­га­ет оп­ре­де­лён­ных кри­тич. зна­че­ний $H_{кр}$, и со­про­во­ж­да­ют­ся из­ме­не­ни­ем маг­нит­ной сим­мет­рии – из­ме­не­ни­ем ори­ен­та­ции па­ра­мет­ра по­ряд­ка или его ти­па (напр., $\boldsymbol l→\boldsymbol m$ в ан­ти­фер­ро­маг­не­ти­ке).

Магнитная фазовая диаграмма диэлектрического сплава EuxSr1–xS:1 – парамагнитная фаза; 2 – фаза спинового стекла; 3 – ферромагнитная фаза; А – тройная точка.

Боль­шое прак­тич. зна­че­ние име­ют кон­цен­тра­ци­он­ные М. ф. п., по­зво­ляю­щие це­ле­на­прав­лен­но по­лу­чать ту или иную маг­нит­ную фа­зу, ме­няя кон­цен­тра­цию од­но­го из ком­по­нен­тов спла­ва (в сте­хио­мет­рич. со­стоя­нии, воз­мож­но, да­же не­маг­нит­но­го) при не­из­мен­ных зна­че­ни­ях па­ра­мет­ров $T$, $p$ и $H$. Ти­пич­ным при­ме­ром яв­ля­ет­ся ди­элек­трич. сплав EuxSr1–xS, маг­нит­ная фа­зо­вая диа­грам­ма ко­то­ро­го изо­бра­же­на на ри­сун­ке.

М. ф. п. зна­чи­тель­но бо­лее раз­но­об­раз­ны по срав­не­нию с др. ти­па­ми фа­зо­вых пе­ре­хо­дов, и их стро­гая тео­рия из-за труд­но­стей ма­те­ма­тич. ха­рак­те­ра в за­кон­чен­ном ви­де ещё не по­строе­на. Наи­бо­лее упот­ре­би­тель­ны при­бли­жён­ные тео­рии, ос­но­ван­ные на идее т. н. мо­ле­ку­ляр­но­го по­ля Вей­са или эк­ви­ва­лент­ной ему фе­но­ме­но­ло­гич. тео­рии фа­зо­вых пе­ре­хо­дов Лан­дау, а так­же на ва­риа­ци­он­ном прин­ци­пе Бо­го­лю­бо­ва для сво­бод­ной энер­гии. В по­след­ние го­ды ши­ро­ко ис­поль­зу­ет­ся так­же тео­рия кри­тич. по­ка­за­те­лей Виль­со­на, ос­но­ван­ная на иде­ях мас­штаб­ной ин­ва­ри­ант­но­сти.

Лит.: Бе­лов К. П. Маг­нит­ные пре­вра­ще­ния. М., 1959; Вон­сов­ский С. В. Маг­не­тизм. М., 1971; Ори­ен­та­ци­он­ные пе­ре­хо­ды в ред­ко­зе­мель­ных маг­не­ти­ках. М., 1979; За­вад­ский Э. А., Валь­ков ВИ. Маг­нит­ные фа­зо­вые пе­ре­хо­ды. К., 1980; Херд К. М. Мно­го­об­ра­зие ви­дов маг­нит­но­го упо­ря­до­че­ния в твер­дых те­лах // Ус­пе­хи фи­зи­че­ских на­ук. 1984. Т. 142. № 2; Изю­мов Ю. А. Ди­фрак­ция ней­тро­нов на длин­но­пе­рио­ди­че­ских струк­ту­рах. М., 1987.

Вернуться к началу