Рефераты по Физике

Магнитные структуры в кристаллических и аморфных веществах

Страница 3

магнетит Fe3О4, первое сильномагнитное вещество, известное в глубокой древности, является ферри-магнетиком. Одна подрешетка магнетита образова-

СПИРАЛЬНЫЕ И ПЕРИОДИЧЕСКИЕ МАГНИТНЫЕ СТРУКТУРЫ Самая актуальная информация межкомнатные двери недорого у нас на сайте.

Спиральный магнетизм характеризуется спи­ральным расположением магнитных моментов от­носительно некоторых кристаллических осей. Он является частным случаем более общего явления — магнитного упорядочения с периодическим изме­нением компонентов атомных магнитных момен­тов вдоль кристаллографических направлений.

Наиболее простой случай таких структур — анти­ферромагнитная спираль, или геликоид. Она встре­чается в редкоземельных металлах Eu, Tb, Dy, Ho, в соединении MnAu2 и некоторых окисных соедине­ниях. Эту структуру можно представить как после­довательность атомных плоскостей, перпендику­лярных оси геликоида. Все атомы одной и той же плоскости имеют одинаково направленные магнит­ные моменты и образуют магнитный слой.

В металлических спиральных магнетиках пери­од этих структур часто не совпадает с периодом кри­сталлической решетки. Это объясняют тем, что в металлах спиральное магнитное упорядочение локализованных электронов (например, 4f-элек­тронов) зависит от специфических особенностей энергетического спектра электронов проводимо­сти (s-электроны), которые поляризуются за счет s — f-обменного взаимодействия. Спиральное рас­положение магнитных моментов 4f-электронов приводит к образованию плоскостей энергетичес­ких разрывов и энергетических щелей в энергетиче­ском спектре электронов проводимости, что суще­ственно модифицирует этот спектр.

В результате спиральное и периодическое рас­положение магнитных моментов становится энер­гетически более выгодным, чем простое ферромаг­нитное. В этом случае период магнитной структуры определяется предельным импульсом электронов проводимости — импульсом Ферми [4].

В последние годы в магнетиках было обнару­жено большое число модулированных магнитных структур, период которых не связан с периодом кристаллической решетки (несоизмеримые струк­туры). Период модуляции может непрерывно изме­няться с температурой, при этом его значения не совпадают с периодом кристаллической решетки. Однако при достижении некоторых значений, со­измеримых с периодом кристаллической решетки, период модулированной структуры в некотором интервале температур не изменяется. Другое новое явление, обнаруженное недавно, заключается в по­явлении в ряде магнетиков дополнительной моду­ляции периодической магнитной структуры (спин-слип-структуры). Здесь параллельные магнитные моменты соседних слоев как бы соединяются в не­большие блоки, а переход от одного блока к другому сопровождается поворотом магнитных моментов блоков на некоторый угол.

СПЕРОМАГНЕТИЗМ

В парамагнитном состоянии магнитный момент μ каждого отдельно выбранного иона испытывает сильные флуктуации, поэтому среднее значение по времени для проекции mi на любое направление равно нулю (при Н=0). Представим себе, что мы охлаждаем парамагнетик, в котором обменные ин­тегралы Ау между соседними ионами i и j могут иметь как положительные, так и отрицательные значения. За счет обменных полей тепловые флук­туации ниже некоторой температуры Тсп будут по­давлены, однако магнитный момент μi подвергает­ся противодействию локальных микроскопических полей в отличие от ферро- и антиферромагнетиков. В результате образуется магнитное состояние, в ко­тором локализованные магнитные моменты m ис­пытывают сильные пространственные флуктуации. Проекция mi отдельного иона на выбранное направ­ление (средняя по времени) имеет некоторое нерав­ное нулю значение, как и в ферромагнетике, однако в целом по образцу ситуация меняется кардинально.

них существуют громадное число равновероятных метастабильных состояний, переход между которы­ми приводит к термическому гистерезису намагни­ченности и временнóй нестабильности магнитных свойств. В этих метастабильных состояниях ло­кальные распределения магнитных моментов бли­жайших ионов, окружающих данный ион, могут различаться. Такие состояния называются фруст-рированными.

АСПЕРОМАГНИТНАЯ СТРУКТУРА

В асперомагнетиках локализованные магнит­ные моменты ниже некоторой температуры магнит­ного упорядочения Тасп ориентируются в различных атомных позициях случайным образом, но с пре­имущественной ориентацией вдоль некоторого на­правления. Средние значения проекций μi на эту ось не равны нулю, вследствие чего возникает спон­танная намагниченность.

Асперомагнетизм довольно часто встречается в аморфных материалах — сплавах и соединениях 4f-и 3d-элементов. В ряде этих магнетиков флуктуа­ции обменных полей выражены менее резко, поэто­му в асперомагнетиках имеется некоторое преиму­щественное направление для магнитных моментов.

Асперомагнетизм встречается в аморф­ных сплавах типа Tb—Ag, Dy—Ni и др.

СПЕРИМАГНИТНАЯ СТРУКТУРА

При наличии флуктуаций обменных и магнито-кристаллических взаимодействий в магнетике, со­стоящем из двух (или более) магнитных подсистем, связанных между собой отрицательными обменны­ми взаимодействиями, возможно образование спе-римагнитной структуры. Она до некоторой степени похожа на ферримагнитную структуру. В ней также магнитные моменты подрешеток (в кристалличес­ких материалах) или подсистем (в аморфных мате­риалах) направлены противоположно друг другу. Отличие заключается в том, что в сперимагнетике магнитные моменты в одной или обеих подсисте­мах ориентируются случайным образом в пределах

некоторого пространственного конуса (рис. 3, в). Такая ситуация возникает как в кристаллических, так и в аморфных материалах, если ионы одного сорта обладают сильной локальной одноионной анизотропией D, которая несколько меньше интег­рала А обменного взаимодействия между ионами из разных магнитных подсистем (например, аморф­ные соединения Tb—Fe, Tb—Co).

Перейти на страницу:  1  2  3  4