Спин-флоп переход

Спин-флоп перехо́д (от спин и англ. flop ― опрокинуться), магнитный фазовый переход в одноосно-анизотропных антиферромагнетиках, индуцированный внешним магнитным полем ${\displaystyle {\boldsymbol {H}}_{\parallel }}$, направленным вдоль оси антиферромагнетизма, которая также является осью лёгкого намагничивания.

В антиферромагнитной фазе в области температур ${\displaystyle 0<T<T_{N}}$ (${\displaystyle T_{N}}$ ― точка Нееля) при напряжённости магнитного поля ${\displaystyle H_{\parallel }\neq 0}$ намагниченности двух подрешёток (${\displaystyle {\boldsymbol {M}}_{1}}$ и ${\displaystyle {\boldsymbol {M}}_{2}}$) ориентированы вдоль оси антиферромагнетизма антипараллельно друг другу, так что полная намагниченность антиферромагнетика равна нулю (рис. а).

При критическом значении поля ${\displaystyle H_{\parallel c}}$ направления векторов намагниченностей подрешёток антиферромагнетика резко изменяются и происходит спин-флоп переход, состоящий в «опрокидывании» векторов намагниченности подрешёток от направления вдоль оси антиферромагнетизма к направлению, почти перпендикулярному этой оси и направлению внешнего поля (рис. б). Вследствие скачка намагниченности спин-флоп переход является фазовым переходом 1-го рода. Спин-флоп переход наблюдается, например, в магнетиках MgF₂ и CuCl₂ ·2H₂ O при низких температурах.

Спин-флоп переход обусловлен тем, что магнитная восприимчивость ${\displaystyle \chi _{\perp }}$ одноосно-анизотропного антиферромагнетика в поперечном (направленном перпендикулярно оси антиферромагнетизма) поле всегда превышает восприимчивость ${\displaystyle \chi _{\parallel }}$ в параллельном поле. Зеемановская энергия взаимодействия магнитных моментов с внешним полем определяется по формуле ${\displaystyle {\mathcal {E}}=-(1/2)\chi H^{2}}$; она меньше в поле, ориентированном перпендикулярно векторам намагниченности, чем в параллельно ориентированном поле. В поле ${\displaystyle H=H_{\parallel c}}$ суммарная зеемановская энергия и энергия одноосной анизотропии в случае «опрокинутых» намагниченностей подрешёток становится меньше, чем только зеемановская энергия в случае параллельной ориентации намагниченностей: ${\displaystyle K_{1}\sin ^{2}\theta -\chi _{\perp }H_{\parallel c}^{2}\leq -\chi _{\parallel }H_{\parallel c}^{2}}$ (${\displaystyle K_{1}}$ ― константа магнитной анизотропии, ${\displaystyle \theta }$ ― угол отклонения векторов намагниченности от оси антиферромагнетизма). При этих условиях становится энергетически выгодным, чтобы намагниченности подрешёток устанавливались перпендикулярно к направлению ${\displaystyle H_{\parallel c}}$ и оси антиферромагнетизма.