к библиотеке  к оглавлению  FAQ по эфирной физике  ТОЭЭ  ТЭЦ  ТПОИ  ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике
А  Б  В  Г  Д  Е  Ж  З  И  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Э  Ю  Я  

Антиферромагнетик
АНТИФЕРРОМАГНЕТИК - вещество, в к-ром установился антиферромагн. порядок магн. моментов атомов или ионов (см. Антиферромагнетизм ).Обычно вещество становится А. ниже определ. температуры T_N (см. Нееля точка)и в большинстве случаев остаётся А. вплоть до T=0 К. Из элементов к А. относятся твёрдый кислород (-модификация) при Т<24 К, Mn (-модификация с T_N=100K), Cr (T_N=310К), а также ряд редкоземельных металлов (с T_N от 12,5 К у Ce до 230 К у Tb). Хрому свойственна геликоидальная магнитная атомная структура .Сложными магн. структурами обладают также тяжёлые редкоземельные металлы. В температурной области между T_N и T_1 (0<Т_1<Т_N)они антиферромагнитны, а ниже T_1 становятся ферромагнетиками (табл. 1).

Число известных А.- хим. соединений составляет не одну тысячу. В хим. ф-лу А. входит, по крайней мере, один ион из групп переходных металлов (групп железа, редкоземельных металлов и актинидов), исключение составляет твёрдый кислород. 

Табл. 1. - Свойства редкоземельных элементов-антиферромагнетиков

Элемент | Кристаллич. структура | Темп-ры перехода | Тип антиферромагн. структуры
| | T_1, К | T_N. ,К |
Ce | ГПУ | | 12,5 | Коллинеарная
Pr | " | -- | 25 | "
Nd | Гексагональная | -- | 19,9 | "
Sm | Тригональная | -- | 106 | "
Eu | ОЦК | -- | 90,5 | Геликоидальная
Tb | ГПУ | 219 | 230 | "
Dy | " | 85 | 174 | "
Но | " | 20 | 133 | "
Er | " | 20 | 85 | Циклоидальная и синусоидальная
Tm | " | 25 | 56 | Синусоидальная
ГПУ - гранецентрированная плотноупакованная решётка, ОЦК - объёмноцентрированная кубич. решётка.
К А. относятся многочисл. простые и сложные окислы переходных элементов, включая нек-рые ферриты-шпинели, ферриты-гранаты, ортоферриты и ортохромиты, а также фториды, сульфаты, карбонаты и др. Существует нек-рое кол-во антиферромагн. сплавов, в частности сплавы элементов группы железа с элементами платиновой группы.

Первыми соединениями, в к-рых был обнаружен антиферромагнетизм, явились слоистые хлориды Fe, Со и Ni. На кривой, показывающей зависимость их теплоёмкости от температуры, был найден максимум, характерный для фазового перехода 2-го рода (магн. фазового перехода). Позже такие же максимумы были найдены у MnO и изоморфных окислов Fe, Ni и Со. Эти окислы с кубич. кристаллич. решёткой были также первыми объектами нейтронографич. определения магн. структур А. Из кубич. А. следует отметить семейство редкоземельных ферритов-гранатов, в к-рых ионы Fe замещены на Al или Ga.

Особый интерес представляет (ДАГ), в к-ром подробно исследовались аномальные свойства вблизи трикритической точки. Исследование водного хлорида меди ( ) привело к открытию антиферромагнитного резонанса и особого магнитного фазового перехода - опрокидывания подрешёток (спин-флоп) в магн. поле. Этот же кристалл послужил объектом для нейтронографич. подтверждения существования т. н. слабого антиферромагнетизма (1982) и открытия обменной моды антиферромагн. резонанса (1984).

Группа фторидов ( и др.) - одноосных кристаллов с магн. анизотропией типа лёгкая ось - послужила объектом для изучения оптич. спектров поглощения и открытия экситон-магнонных возбуждений, двухмагнонного поглощения и комбинац. рассеяния света на магнонах. Оптич. спектры А. исследовались также на двойных фторидах типа , . Мандельштама-Бриллюэна рассеяние света на магнонах наблюдалось в , и . Отметим ещё два одноосных А.: вбыл открыт пъезо-магнетизм, в  - магнитоэлектрический эффект.

В др. группе одноосных кристаллов, обладающих анизотропией типа лёгкая плоскость (см. Антиферромагнетизм) - , , ,  - был открыт слабый ферромагнетизм (СФ). Особый интерес среди веществ со СФ представляют ортоферриты ( и др.), в к-рых наблюдаются ориентационные фазовые переходы (изменение оси антиферромагн. упорядочения) при понижении температуры, а также - прозрачный А. с T_N выше комнатной температуры. 

Табл. 2. - Свойства некоторых антиферромагнетиков химических соединений

Вещество | Кристаллич. решётка | Направление оси антиферромагн. упорядочения | Т_N,К | , К
MnO | ГЦК | В пл. (111) | 120 | 610
FeO | " | " | 198 | 190
CoO | " | " | 328 | 280
NiO | " | " | 647 | 247
Cr_2O_3 | Тригональная | [111] | 307 | -
Fe_2O_3 | " | Впл.(111)СФ, ОФП: 260K; [111] | 950 | -
Dy_3Al_5O_12 | Кубическая | [100] | 2,5 | 2,9
Dy_3Ga_5O_12 | " | [100] | 0,4 | 0,1
YFeO_3 | Орторомбическая | [100] СФ | 643 | -_
LaFeO_3 | " | [100] СФ | 738 | 480
PrFeO_3 | " | [100] СФ | 707 | -
NdFeO_3 | " | [100] СФ; ОФП: 167- 125К; [001] СФ | 687 | -
SmFeO_3 | " | [100] СФ; ОФП: 490-470K; [001] СФ | 674 | -
EuFeO_3 | " | [100] СФ | 666 | __
GdFeO_3 | " | [100] СФ | 657 | -
TbFeO_3 | " | [100] СФ | 647 | -
DyFeO_3 | | [100] СФ, ОФП 40К; [010] | 645 | -
HoFeO_3 | " | [100] СФ; ОФП 63-51К; [001] СФ | 639 | -
ErFeO_3 | " | [100]СФ; ОФП. 102-80K; [001] СФ | 636 | -
TmFeO_3 | " | [100] СФ; ОФП:92-86К; [001] СФ | 632 | -
YbFeO_3 | " | [100] СФ; ОФП 8К; [001] СФ | 627 | -
LuFeO_3 | " | [100] СФ | 623 | -
ErCrO_3 | " | [100] СФ; ОФП:12К; [010] СФ | 129 | -
MnF_2 | Тетрагональная | [001] | 68 | 113
FeF_2 | " | [001] | 78 | 117
CoF_2 | " | [001] | 38 | 53
NiF, | " | [100] СФ | 73 | 100
KMnF_3 | Орторомбическая | [100] СФ | 88 | 238
RbMnF_3 | Кубическая | [111] | 83 | 118
CsMnF_3 | Гексагональная | В пл. (111) | 53 | -
BaMnF_4 | Орторомбическая | [010], 2d | 27 | -
BaFeF_4 | " | [001], 2d | 54 | -
K_2CoF_4 | " | [001], 2d | 107 | -
Rb_2FeF_4 | " | Впл. (001), 2d | 56 | -
BaCoF_4 | " | Впл. (001), 2d | 70 | -
МnС1_2 | Тригональная слоистая | Впл. (111l), 2d | 1,96 | 3,3
FeCl_8 | " | [111], Zd | 23,5 | -48
CoCl_2 | " | Впл. (111), 2d | 25 | -20
NiCl_2 | " | Впл. (111), 2d | 52 | -67
CuCl_2 | Моноклинная | 1d | 24 | -
CrCl_2 | Орторомбическая | Впл. (001), 1d | 20 | -
KCuF_3 | Тетрагональная | Впл. (001), 1d | 38 | 355
VF_2 | " | 1d | 7 | 80
CsNiCl_2 | Гексагональная | [001], 1d | 4,85 | 69
RbNiCl_3 | " | [001], 1d | 11,5 | -101
MnAu_2 | Тетрагональная | Геликоидальное | 363 | -
FePt_3 | Кубическая | Пл.(110) | 120 | -
FeRh | " | Пл. (110) | 328 | -680
| | | (выше T_N ферромагн. до Т_С = 665К)
FeS | Гексагональная | [001]; ОФП:400К; в пл. (001) | 600 | 920
MnTe | " | В пл. (001) | 310 | 692
MnSe | Кубическая | В пл. (001) | 150 | 740
HgCrS_4 | " | Ось геликоида [001] | 60 | 140

ZnCr_2Se_4

"

В пл. (001)

22 (выше

T_N

ферромагн. до T_C= 129К)

115

Вещество | Кристаллич. решётка | Направление оси антиферромагн упорядочения | T_N,K | , к
EuTe | Кубическая | В пл. (111) | 9.6 | 6
GdSe | " | В пл (111) | 60 | -
MnCO_3 | Тригональная | В пл (111)СФ | 32 | 64
FeCO_3 | " | [111] | 35 | 14
CoCO_3 | " | В пл. (111)СФ | 18 | -
NiCO_3 | " | В пл. (111)СФ | 25 | -
FeBO_3 | " | В пл. (111)СФ | 348 | -
CoSO_4 | Орторомбическая | [010] | 12 | 52
NiSO_4 | " | | 37 | 82
CuSO_4 | " | [001] | 34, 5 | 88
СuС1_2*2Н_2О | " | [100] | 4,3 | 5
MnCl_2* 4H_2O | Моноклинная | [001] | 1,62 | 1,79
CuSO_4*5H_2O | Триклинная | | 0,029 | -
В последнем обнаружено заметное магнитоупругое взаимодействие. Наиб. сильное магнитоупругое взаимодействие среди А. наблюдается в . В этом соединении впервые обнаружена большая щель в спектре спиновых волн, обусловленная эффективным полем магнитоупругой анизотропии.

В А--полупроводниках (халькогениды Mn, Eu, Gd и Cr) наблюдаются очень сильные магнитооптич. эффекты (см. Магнитооптика). Особый интерес для теории представляют низкоразмерные А.: двухмерные (хлориды элементов Fe и Со, а также нек-рые двойные фториды ) и одномерные ( и др.).

В ряде А. с ионами обнаружено особенно сильное взаимодействие между колебаниями электронной и ядерной спиновых систем (). Магн. свойства безводных сульфатов Cu и Со (а также ) выявили существование эффекта наведения антиферромагн. упорядочения магн. полем при температурах выше Т_N  за счёт т. н. взаимодействия Дзялошинского.

У большей части А. значения Т_N лежат ниже комнатной температуры. У А. гидратированных солей переходных элементов К.

В табл. 2 перечислены нек-рые наиб. изученные А., имеющие коллинеарную или слабонеколлинеарную (со слабым ферромагнетизмом) антиферромагн. структуру; указаны тип кристаллич. решётки, направление оси антиферромагн. упорядочения (ОАУ), а также значение точки Нееля Т_N и томп-ры в Кюри-Вейсса законе для парамагн. восприимчивости  выше Т_N: = . Вещества с - метамагнетики. Наличие слабого ферромагнетизма отмечено буквами СФ, наличие ориентационного фазового перехода - буквами ОФП. В этом случае после букв ОФП указаны темп-pa (или область температур) ориентац. перехода и затем новое направление оси антиферромагн. упорядочения при низкой температуре. Низкоразмерные А. обозначены: двухмерные - 2d, одномерные - 1d; TC - темп-pa Кюри, пл.- плоскость, в к-рой находится ОАУ. В случаях 1d и 2d в столбце значений Т_N приведена температура, при к-рой достигает макс. значения.

Кроме рассмотренных выше электронных А., среди элементов обнаружен, по крайней мере, один ядерный А.- твёрдый с К. Ядерный антиферромагнетизм с К обнаружен также у некоторых ван-флековских парамагнетиков ( и др.).

А. пока ещё не находит практич. применения. Однако изучение-физ. свойств А. играет большую роль в совр. развитии физики магн. явлений и особенно теории фазовых переходов и исследований свойств одно-и двухмерных магн. структур. Возможные приложения могут найти А--полупроводники, а также А. со СФ, особенно с T_N выше комнатной. Особого внимания заслуживают и , в к-рых можно заметно изменять скорость звука, прикладывая сравнительно слабое магн. поле. Среди А., относящихся к боридам и халькогенидам, есть сверхпроводники (напр., с температурой перехода в сверхпроводящее состояние Т_к = 2,7 К, с Т_к=1,4 К и др., см. Магнитные сверхпроводники).

Литература по 

1. Нагаев Э. Л., Ферромагнитные и антиферромагнитные полупроводники, "УФН", 1975, т. 117. с. 437; Таблицы физических величин. Справочник, M., 197В; Белов К. П., Редкоземельные магнетики и их применение, M., 1980; Jоngh L. J. de. Miedеm a A. R., Experiments on simple magnetic model systems, "Adv. Phys.", 1974, v. 23, M 1. CM. также лит. при ст. Антиферромагнетизм.

А. С. Боровик-Романов.

к библиотеке  к оглавлению  FAQ по эфирной физике  ТОЭЭ  ТЭЦ  ТПОИ  ТИ