ФЕРРИМАГНЕТИ́ЗМ

ФЕРРИМАГНЕТИ́ЗМ, од­но из маг­ни­то­упо­ря­до­чен­ных со­стоя­ний ве­ще­ст­ва, в ко­то­ром маг­нит­ные мо­мен­ты ато­мов (ио­нов) ан­ти­па­рал­лель­ны, но не ком­пен­си­ру­ют­ся пол­но­стью (не­ском­пен­си­ро­ван­ный ан­ти­фер­ро­маг­не­тизм); в бо­лее ши­ро­ком смыс­ле – со­во­куп­ность свойств маг­не­ти­ка в этом со­стоя­нии. В от­ли­чие от ан­ти­фер­ро­маг­не­тиз­ма, Ф. мо­жет су­ще­ст­во­вать не толь­ко в кри­стал­ли­че­ских, но и в аморф­ных твёр­дых те­лах. Ве­ще­ст­ва, в ко­то­рых воз­ни­ка­ет фер­ри­маг­нит­ное упо­ря­до­че­ние, на­зы­ва­ют фер­ри­маг­не­ти­ка­ми. В фер­ри­маг­не­ти­ках маг­нит­ные мо­мен­ты ато­мов (ио­нов) об­ра­зу­ют две или нес­коль­ко не­эк­ви­ва­лент­ных маг­нит­ных под­ре­шёток с на­маг­ни­чен­но­стями $\boldsymbol M_i$, на­прав­лен­ны­ми ан­ти­па­рал­лель­но (см. Маг­нит­ная струк­ту­ра атом­ная). В от­сут­ст­вие внеш­не­го маг­нит­но­го по­ля фер­ри­маг­нетик об­ла­да­ет от­лич­ной от ну­ля ре­зуль­ти­рую­щей спон­тан­ной на­маг­ни­чен­но­стью $\boldsymbol M_s$.

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

Фер­ри­маг­нит­ное упо­ря­до­че­ние ус­та­нав­ли­ва­ет­ся при темп-рах ни­же Кю­ри точ­ки Т_С, вы­ше ко­то­рой фер­ри­маг­не­тик пе­ре­хо­дит в па­ра­маг­нит­ное со­стоя­ние. При этом про­ис­хо­дит маг­нит­ный фа­зо­вый пе­ре­ход 2-го ро­да, ко­то­рый со­про­во­ж­да­ет­ся ха­рак­тер­ны­ми ано­ма­лия­ми те­п­ло­ём­ко­сти, ко­эф­фи­ци­ен­тов уп­ру­го­сти и те­п­ло­во­го рас­ши­ре­ния, галь­ва­но­маг­нит­ных и др. свойств. В па­ра­маг­нит­ной об­лас­ти об­рат­ная маг­нит­ная вос­при­им­чи­вость χ^–1 фер­ри­маг­не­ти­ков не под­чи­ня­ет­ся ли­ней­но­му Кю­ри – Вей­са за­ко­ну, а име­ет не­ли­ней­ный ги­пер­бо­лич. ха­рак­тер. При T≫Т_С она при­бли­жа­ет­ся к за­ви­си­мо­сти, свой­ст­вен­ной ан­ти­фер­ро­маг­не­ти­кам, а при при­бли­же­нии к Т_С рез­ко спа­да­ет, стре­мясь к ну­лю при T→Т_С.

На­ли­чие в фер­ри­маг­не­ти­ке двух и бо­лее не­эк­ви­ва­лент­ных маг­нит­ных под­ре­шё­ток при­во­дит к бо­лее слож­ной, чем в фер­ро­маг­не­ти­ке, за­ви­си­мо­сти спон­тан­ной на­маг­ни­чен­но­сти от темп-ры, т. к. за­ви­си­мо­сти M_i(Т) разл. под­ре­шё­ток раз­ли­ча­ют­ся. При рос­те темп-ры спон­тан­ная на­маг­ни­чен­ность мо­жет убы­вать мо­но­тон­но, как в фер­ро­маг­не­ти­ке, мо­жет воз­рас­тать при низ­ких темп-рах и по­том про­хо­дить че­рез мак­си­мум, мо­жет мо­но­тон­но убы­вать и про­хо­дить че­рез нуль при не­ко­то­рой фик­си­ро­ван­ной темп-ре Т_к, на­зы­вае­мой точ­кой ком­пен­са­ции. При T→Т_С спон­тан­ная на­маг­ни­чен­ность стре­мит­ся к ну­лю. При на­ли­чии точ­ки ком­пен­са­ции при T=Т_к свой­ст­ва фер­ри­маг­не­ти­ка ста­но­вят­ся по­доб­ны свой­ст­вам ан­ти­фер­ро­маг­не­ти­ка. В не­по­сред­ст­вен­ной бли­зо­сти к темп-ре 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 темп-р мо­жет стать не­кол­ли­не­ар­ной вслед­ст­вие кон­ку­рен­ции от­ри­ца­тель­но­го об­мен­но­го взаи­мо­дей­ст­вия ме­ж­ду маг­нит­ны­ми под­ре­шёт­ка­ми и взаи­мо­дей­ст­вия маг­нит­ных мо­мен­тов с внеш­ним по­лем на­пря­жён­но­стью $\boldsymbol H$. В сла­бых по­лях H<H_кр1 со­хра­ня­ет­ся на­чаль­ное фер­ри­маг­нит­ное со­стоя­ние, в силь­ных по­лях H>H_кр2 воз­ни­ка­ет ин­ду­ци­ро­ван­ная по­лем фер­ро­маг­нит­ная фа­за, а в ин­тер­ва­ле по­лей H_кр1<H<H_кр2 воз­ни­ка­ет не­кол­ли­не­ар­ная (уг­ло­вая) фа­за, в ко­то­рой маг­нит­ные мо­мен­ты под­ре­шё­ток со­став­ля­ют разл. уг­лы с на­прав­ле­ни­ем по­ля.

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