Ч. Киттель - Введение в физику твёрдого тела (1127397), страница 105
Текст из файла (страница 105)
лснпем заряда. Взаимодействие таких ионов с деформациями решетки и с фононами относительно слабое. Поэтому для иттриевого феррита-граната характерны весьма узкие линии в спектрах поглощения, что и было обнаружено в экспериментах по ферромагнитному резонансу (см. гл. 17). В редкоземельных феррнтах-гранатах ') ионы Мз' — пара- магнитные трехвалентные ионы металлов группы редких земель. Кривые температурной зависимости намагниченности таких ферритов-гранатов даны на рпс. 15.21. Редкоземельные ионы располагаются в узлах, обозначаемых буквой с (подрешетка типа с). Направление намагниченности ионов в подрсшетке г(М,) противоположно суммарной намагниченности подрешеток ионов железа а и с! (М, и Ма).
При низких температурах (см. рнс. !6.22) суммарный вклад в намагниченность магнитных моментов трех (на формульную единицу) редкоземельных ионов может по величине превышать (вблизи О 'К) результирующий магнитный момент ионов железа Ге", но вследствие слабости обменнон связи подрешеток с — а и с — с( намагниченность редкоземельной решетки с резко падает при повышении температуры. По этой причине полный магнитный момент кристалла может прн ') угΠ— абревиатура уцмщп !гоп Оаппе!.
В литературе на русском языке иногда применяется сокращение ЖИà — железо.иттриевый гранат.— Прим. ред. з) Обзор свойств редкоземельных ферритов-гранатов был дан в работе Нееля, Петене и Дрейфуса [26). 669 у00 Ю0 Ы0 2100 ЛУ0 000 100 Т'Я' Рис. (6.2(. Экспериментальные кривые цзмашпшеииостп пасы.цения (выраженной в магнетоивк Бора ив формульчую единицу) как функции температуры для ряда ферритов-грапатов (по Потеке). Формульпая едшпшз — это МзрсзОы, где М вЂ” иои трехвзлснтоого металла.
Темиература, при которой в ивзераале между О и 7. ~ амшшшениость обращается н куль, называется точкой компенсации. В эзоп точке качагиячениость подрешетки М равна и противоположна по направлепшо суммарной намагиичеипо гп подреше~оч ионов железа. На одну формульиую единицу приходится три попа трехвзлептиого железа (ЗГе'), распола~ аю~цихся в тетраэдрических узлах (обозиачае. мых обычно через гО, даа попа трехвалентиого железа (2Геа") в октаэдрических узлах (обозначаемых обычно через а) и три иона трехвалентиого металла М (ЗМз*), располагающихся в узлах, обозначаемых через с.
Ионы гкелеза одной формулыюй единицы дают вклад в явивши~пенность, равпьй (3 — 2) бр, = брз. Оомеппвя связь между ионами жечеза — сильная, и имен- по оиа определяет ~очку Кюри феррита-граната. Если иолы М" являются ионами редкоземсльпых элементов. направлепие создаваемой ими намагниченности противоположно результирующей намагниченности, создаваемой попами Ге' . При повышении температуры вклад в намагниченность ионов М" быстро уменьшается, поскольку обменная связь М--Ге (т. е. подрешеток с — и и с — с~) отпосщсльио слабая.
В правой верхней части рисунка стрелками схематически показаны направления векторов памагиичеписюти подрешеток а, з( и с. Об измерениях иа моиокристаллических образцах сообщено в работе Геллера и др. [26а). й 2л ф Ъ $ й7 ь Сг к -ггт р р Рпс. ГГь22. Намагниченность пол. решеток с, гг' и а в Ферри ге.гранате гаволиння как фтнкппя температуры (по расиеталг ПотепН, Полная намагнгше ~ггосгь обрашается а пуль прлм рно прп 280'К. Точка Кюри Т.
— 880*К 11амагьшчепность, отложенная по оси ординат, выражена в магнетонак Ьора иа Формульную елпнипу. гттгт аттту Лр л гг повышении температуры пройти через нуль и затем вновь увеличиваться, уже за счет преобладания вклада со стороны ионов Ее". В феррите-гранате гадолиння усредненное поле в узлах пша с можно записать в виде Вс - — 2 1Оа)м„+ й4л); оно много слабее, чем поле в узлах типа а, так же как и в случае феррнта-граната пттрия 1см. выше). МАГНИТНАЯ СТРУКТУРА АНТИФЕРРОМАГНЕТИКА Классическим примером магнитной структуры, установленной экспериментально методом дифракцни нейтронов, является магнитная структура кристалла МпО, относящаяся к структурам типа р)аС1.
Результаты этих экспериментов приведены па рпс. 16.23. При 80'К наблюдались четкие нейтронные рефлексы, которые прн 293'К отсутствовали. Рефлексы, наблюдаемые прн 80'К, имели простую интерпретацию: онн отвечали кубической элементарной ячейке с постоянной решетки, равной 8,85 й. Прн 293'К наблюдаемые рефлексы отвечали ГЦК ячейке с постоянной решетки 4,43 А; эти рефлексы наблюдались также и прп 80'К.
Отсюда можно было с очевидностью прийти к заклю1епию, что постоянная решетки, равная 4,43 А, относится к хикгггческой элементарной ячейке, а постоянная решетки для рефлексов при 80 'К относится к ячейке электронных магнитных моментов ионов Мпа', расположенных не так, как в ферромагнстике. Если бы расположение моментов было ферромагнитного: типа, то химическая и магнитная элементарные ячейки совпадали бы и давали одни и те же рефлексы.
Распределение ориентаций спинов ионов Мп" в МпО, установленное методами дифракции нейтронов и показанное на рнс. 18.24, согласуется с результатами магнитных измерений. В данной атомной плоскости, параллельной (111), все спины гу1 2У' 3У' УУ' Угелдее~еяяея Рис. 16.23, Иейтрон.дифракпнонные картины кристалла МпО пнже (80*К) и ванне (293'К) температуры спинового упорядочения, имеющего место нрн 120 'К (нз работы )28)). Индексы рефлексов относятся к ячейке с ребром ат = 8,85 А прн 80 К и к ячейке с ребром аь = 4,43 А прн 293 'К.
Ионы Мп" прн повышении температуры выше 120 'К сохраняют, разумеется, свой магнитный момент, но ия упорядоченное расположение не сохраняется. Рис, !6.24. Упорядочеиное расположение спннов ионов Мпт' в кристалле окиси марганца МпО, установленное методами дифракции нейтронов. Шарики изображают ионы Мпт', ионы кислорода Оз не показаны. зя Рпс.
16.25. Характер сгнгювого упорялочення в ферромагнетзке (обменный интеграл У О) н в аптнферромагястнке (У ( О). ориентированы одинаково, а в соседней параллелыюй атомной плоскости ориентация спинов обратная, п т. д. Следовательно, кристалл МпО является антпферромагнетиком (см. схему на рис. 16.25). В ангиферролгагнетике спины расположены попарно анти- параллельно и суммарный магнитный момент кристалла равен нулю. Лнтиферромагнптное упорядочение возникает в точи Оееля Тн и сохраняется ниже этой температуры.
Магнитная восприимчивость антнферромагиетика прп Т = Тн пе бесконечна. Кривая зависимости )((Т) имеет при Т = Т„более или менее четко выраженный излом, как показано на рис. 16.26. Лнтиферромагнетик можно рассматривать как частный случай ферри- магнетика, в когором подрешетки А н В имеют равные намагниченности насыщения.
Если в уравнениях (16.47) положить Сг = Сз = С и точку Нееля Тх определить соотношением Т,= рс, (16.50) где С относится к одной (любой из двух) подрешеткс, то выражение для восприимчивости антиферромагнетика в парамагнитной Паранагнеегигн Ферранагнеегигн 4негиРерронаг гигиен т а Х=— Х т-т занан умри -йейееа тт>ту Tз а т Х=— т+а Занан Хари тт>т,) 573 Рис. 16.26. Температурная зависимость магнитной восприимчивости Х. В ферромагнетиках в интервале температур О < Т ( Т, завнсимост~ь Х(Т) носит сложный характер. В антиферромагнетикзх ниже температуры Нееля спины ориентированы антнпараллельно. Восприимчивость достигает максимума при Т = Тн, гле на кривой Х(Т) наблюдается хоро~по выраженный излом.
Точка фазового перехода может быть зарегистрирована также по максимуму тепло- емкости и коэффипнепта теплового расширения. области (при Т ) Тп) легко получить из формулы (16.49): 2СТ вЂ” 29Сз 2С 2С Тз — (ИС)а Т+ НС Т+ Т (! 6.5!) Экспериментальные результаты по зависимости т(Т) нри Т ) Тл хорошо описываются законом (СГС) Х =, 2С,Г, (16.52) Экспериментальные значения отношения В)Тл приведены в табл. 16.3; часто они сильно отличаются от единицы, хотя из сопоставления (16.52) с (16.5!) можно бьгло ожидать, что отношение 6,,'Тл близко к единице. Значения 6)Тп, близкие к наблю. дасмой величине, по.чучаются из теории, если кроне взаилеодсйствия блп.кайших соседей учесть взаимодействия данного атома с соседями, следуюшими за ближайшими, а также рассмозреть более обшне случаи разбиения ионов на подрешетки (см.
работы Андерсона [29) и Латтиндуксра [30)). Решение задачи 16.3 (в конце главы) позволяет установить, что если ввести взаимодейств!!с тдвлицд ~б.т Аитиферроыагиитиые кристаллы Параметр О в законе Кюри — нейсе*, К температура перехода ТЮ к й Тя тнп решетки гзрзмзгннтныт ионов т унч к,ту) Вещество 21'3 0,82 0,76 0,72 (0,2 0,8 0,76 1,58 0,4 11*4 550 485 !4 114 температура несли тя данного вещества част(з обнаруживает рззброс дли разных образное, а в некоторых случаях имеет место большой температурный гистерезис. библио. графин по вкспернменталшш установленным свойствам внтнферромагннтнык вегпеств имеетсп в обзоре Нагамнйа, Носила и Кубо ПТ1, а также в справочнике !91. Значения нара метра й определены нрн помощи соотношении к=сагой), используя данные о восприимчивости выше истинной температуры перехода Т11, 574 МпО МпЗ Мите Мпр, Рер, РеС1, РеО сос! СоО М!С)з )Ч)О а-Мп Сг СгЗЬ Сг,Оз Реео, ГЦК ГЦК Геке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
