В 30-х годах в Харькове группа молодых ученых под руковод­ством Л. В. Шубникова обнаружила удивительные аномалии в по­ведении ряда веществ — хлоридов переходных элементов. Их теп­лоёмкость при некоторой температуре (характерной для каждого вещества) изменялась скачком, а магнитная восприимчивость имела при той же температуре максимум. За несколько лет до этого Л. Д. Ландау теоретически исследовал поведение системы магнит­ных моментов, обменное взаимодействие между которыми таково, что им выгодно располагаться антипараллельно. Он показал, что при определенной температуре (она потом получила название тем­пературы Нееля On) в расположении магнитных моментов воз­никает определенный порядок.

Чем температура ниже, тем порядок больше. При абсолютном нуле расположение полностью упорядочено. Но не так, как в фер­ромагнетике. Каждый магнитный момент окружен антипараллель- ными соседями. Поэтому вещества с подобным типом упорядочения получили название антиферромагнетиков. Вблизи температуры Нееля (согласно теории Ландау) должны были наблюдаться и на­блюдались аномалии, о которых речь шла выше.

Антиферромагнетиков в природе немало. Вот несколько при­меров:

Соединение

NiSO*

FeSO*

NiO

FeO

NiF2

FeF*

е°,к

37

21

520

188

73.2

78,3

Лнтифсрромагмп и ;*ми бывают не только соединения. Хром, многие редкоземельные металлы — антиферромагнетики. На ри­сунке 4.4 для примера изображена кристаллическая структура же­леза и фторидов переходного элемента.

Появление магнитного порядка в ферромагнетике обнаружить легко. О нем сообщает магнитное поле, создаваемое ферромагне­тиком. Спонтанный магнитный момент ферромагнетика можно из­мерить непосредственно. А как непосредственно обнаружить поря­док в расположении магнитных моментов? Это можно сделать, ис­следуя рассеяние нейтронов антиферромагнетиком.

Хорошо известно, что кристалл ведет себя как объемная диф- фракционная решетка. На этом основан рентгеноструктурный ана­лиз, позволяющий восстановить расположение атомов в кристаллической решетке. Одно из условий успешного применения волн к исследованию кристаллических структур таково: длина волны должна приблизительно совпадать со средним расстоянием между атомами. Поэтому и используют именно рентгеновские лучи, а не видимый свет и не у-кванты.

 

 

Для понимания свойств магнетика знать, как расположены магнитные моменты атомов, необходимо, но еще важно представ­лять себе, как они движутся.

 

Рис. 4.4. Кристаллическая ячейка железа; магнитные моменты направлены в одну сторону (слева). Кристаллическая ячейка антиферромагнетика — фторида переходного элемента; магнитные моменты соседних парамагнитных атомов антипараллельны (справа). 1 — железо, 2 — железо или кобальт, 3 — фтор.

Атомные частицы, как известно, обладают наряду с корпус­кулярными также волновыми свойствами. Волновые свойства час­тиц дают возможность использовать электроны, протоны, нейтро­ны для исследования кристаллических структур наряду с рентге­новскими лучами. Для исследования магнитного порядка нейтроны особенно удобны. И для рентгеновского кванта и для электрона атом с магнитным моментом вверх и атом с магнитным моментом вниз одно и то же. Например, электроны взаимодействуют главным образом с зарядами в атоме, и это взаимодействие носит электро­статический характер. А у нейтрона заряда нет, но есть магнитный момент. Поэтому различным образом ориентированные атомы рас­сеивают различно— для нейтронов атомы с различными направле­ниями магнитных моментов неэквивалентны.

Исследования антиферромагнетиков с помощью рассеяния нейт­ронов оказали и оказывают существенную помощь в изучении этого интереснейшего класса магнетиков.

 

Template Settings
Select color sample for all parameters
Red Green Blue Gray
Background Color
Text Color
Google Font
Body Font-size
Body Font-family
Scroll to top