ФЕРРИМАГНЕТИ́ЗМ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
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 ТС, 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≫ТС она приближается к зависимости, свойственной антиферромагнетикам, 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 темп-ры, т. к. зависимости Mi(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 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 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<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 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.