Антиферромагнетики

При отрицательном значении интеграла обмена нескомпенсиро ванные спины электронов в незаполненных внутренних слоях сосед них атомов самопроизвольно устанавливаются антипараллельно и, таким образом, взаимно компенсируются, так что собственный магнитный момент вещества становится

равным нулю и спонтанная намагниченность отсутствует. В этом состоит явление антиферромагнетизма.

Из рисунок 2.2,б, где в скобках рядом с обозначениями элементов указаны числа нескомпенсированных спинов, видно, что железо, кобальт, никель и гадолиний обладают ферромагнитными свойствами; а марганец, несмотря на наличие пяти нескомпенсированных спинов, – антиферромагнитен. Границей областей ферромагнетизма и анти ферромагнетизма является отношение расстояния между атомами a к диаметру незаполненного слоя d, равное 1,5. Этим объясняется, в частности, что марганец приобретает ферромагнитные свойства в сплавах с такими неферромагнитными элементами, как висмут и др., атомы которых «раздвигают» решетку марганца, увеличивая расстояние между атомами.

При значении отношения а/d, большем нескольких едининиц область ферромагнетизма переходит, по существу в область парамагнетизма.

При повышении температуры вещества энергия теплового движения, стремится разрушить состояние спонтанной намагниченности. При температуре, называемой точкой Кюри Q, энергия теплового движения становится достаточной для преодоления действия обменной энергии и вещество утрачивает магнитные свойства, превращаясь в парамагнетик. Чем выше интеграл обмена ферромагнетика, тем выше точка Кюри. Для железа, кобальта, никеля и гадолиния точка Кюри равна соответственно 1043, 1400, 631 и 289 К, что хорошо согласуется с рисунок 2.2,б.

При Т = 0° энергия теплового движения равна нулю и спонтанная намагниченность принимает наибольшее возможное значение. На рисунок 2.3,а, где эта намагниченность обозначена J₀, показана зависимость относительной спонтанной намагниченности от относи тельной температуры для ферромагнетиков.