Г.С. Кринчик - Физика магнитных явлений (1127398), страница 47
Текст из файла (страница 47)
В частности, последовательное квантовомеханическое рассмотрение задачи показало, что, как и для одноподрешеточных ферромагнетиков (см. ф 2.4), для ферримагнетиков при низких температурах должен выполняться закон Блоха 1141. С другой стороны, развитие теории молекулярного поля в применении к многоподрешеточным магнетикам также привело к предсказанию и обнаружению более сложных магнитных структур: неколлинеарных, треугольных структур с выделенными подрешетками и, наконец, структур гелпкоидального типа с непрерывным 274 изменением ориентации вектора спонтанной намагниченности прн переходе от одной атомной плоскости к другой (см.
$4.6). й 4лй ФЕРРИТЫ-ГРАНАТЫ Другую довольно многочисленную группу феррнтов представляют собой ферриты иттрия и редких земель, имеющие общую формулу МзрезОць где М вЂ” трехвалентиый ион т', Сд, Ру, Но, Ег, Тш, Рнс. 4.17. Различные типы окружения магнитных ионов в структуре граната Рис, 4.16. Разбиение злементарной ячейки граната на восемь октантов. Расположение ионов в октантах полвостью совпадает прп зсловии совмепгення их пространственных диагоналей. указанных на рисунке пунк- тиром 275 )п, 'т'Ь, Вт, Еп, ТЬ 1!51. Кристаллическая структура этих ферритов нзоморфиа структуре минерала граната Сазй!з(5!Оч)з.
Структура граната относится к кубической сингонии. В элементарной ячейке содержится восемь формульных единиц МзрезО~з, т. е всего 160 атомов, Так же, как и в случае шпинели, элементарную ячейку граната можно разбить на восемь кубов с одинаковым расположением ионов в них (рис. 4.16). Ионы кислорода 0' образуют немагнитную матр1шу с катион- ными позициями трех типов: тетраэдрические (24г(), октаэдрические (16 и) и додекаэдрические (24 с) (рис. 4.17). Додекаэдрические пустоты окружены восемью ионами кислорода, которые расположены в вершинах искаженного куба. В отличие от шпинели все катионные позиции в структуре граната заняты катионами (нет вакантных мест), что ооусловливает большую стабильность структуры граната. Заполнение катионных узлов магнитоактивными ионами представляется в виде М Ге О э (М~з+) (Гез ) [Гезу 1 Ог, где круглые скобки относятся к тетраэдрическпм узлам, квадратные — к октаэдрическим, фигурные — к додекаэдрическпм. Расположение ионов в решетке граната обеспечивает наиболее сильное обменное взаимодействие между ионами железа в тетраэдрнческпх (П) и октаэдрпческих (а) местах.
Угол (Ге) — Π— !'Ге) составляет примерно !27', и расположение попов железа похоже на расположение ионов подрешеток А и В в структуре шпннели. Обменное взаимодействие ап' отрицательно. Взаимное положение ионов внутри а- и д-подрешеток неблагоприятно для возникновения значительного внутриподрешеточного обменного взаимодействия. Углы (М) — Π— (Ге) (ЛЦ вЂ” Π— !Ге! и (ЛЦ вЂ” Π— (М) составляют соответственно 122'.
100' и !05'. Наиболее существенно первое взаимодействие (сс!), причем оно также отрицательно. В силу того, что г(а-взаимодействие много больше пс-, ас-взаимодействия, сильно взаимодейству!ощие подрешеткп железа можно считать единой подрегиеткой и представлять магнитную структуру граната в первом приближении как двухподрешеточную. Указанием на то, что редкоземельные ионы слабо влияют на взаимодействие между железными подрешетками, является тот факт, что ферримагнптная точка Несли редкоземельных феррптов-гранатов практически не зависит от входящих в них редкоземельных ионов и составляет 563~15'К.
Магнитная формула гранатов имеет вид 3Мз+ ЗГезч- 2Ге'+, (4.5.1) с а Таким ооразом, магнитный момент редкоземельных ионов направлен против суммарной намагниченности попов железа. Однако подсчет магнитного момента на одну формульную единицу по этой схеме дает хорошее согласие с экспериментом только в слхчае иттрпевого н гадолпппевого гранатов. Так как ион У немагннтен, получаем для УзГезОм (аналогпчно для 1.ц,ГеэОм) 3 5рв — 2 5рв =- 5рв, з а в случае ОдзГевОм имеем 3 7рв — 3.5рв —.
2 5рв — ' 16рв. Эксперимент дает 4,96 рв и 15,2 )гв на формульную единицу соответственно. Напомним, что ион У',+ немагнитен, а у О<Р+ орбитальный момент равен нулю. Расхождение с опытом для других редкоземельных гранатов можно объяснить частичным замораживанием орбитального момента редкоземельных ионов кристаллическим полем, поскольку учет полного орбитального магнитного мо- 276 мента свободного редкоземельного иона также не дает удовлетворительного согласия с экспериментом. Иначе говоря, интервал между штарковскнмп компонентамц редкоземельного иона в гранатах сравним по порядку величины с ггТ, и поэтому для количественного расчета магнитного момента иона необходимо знать точный вид кристаллического потенциала и учесть заселенность различных штарковскпх компонент прп данноп температуре.
аппп чпо - юпо гтрг г'д Рнс. 4.1о. Теинератррнан зааисииость намагниченности некоторых рехкозеиель. ных ферритон.гранатов (23) Температурная зависимость спонтанной намагниченности некоторых редкоземельных гранатов приведена на рис. 4,!8. Как видно из рисунка, характерной особенностью многих гранатов является наличие точки компенсации на кривой !(Т)).
Для объяснения зависимости намагниченности иттриевого граната от температуры применима теория Нееля для двухподрешеточного ферримагнетика с одинаковьгмп ионами в подрешетках. Наличие точки компенсации нетрудно понять, если вспомнить, что редкоземельная подрешетка слабо связана с железной по сравнению со связью железных подрешеток между собой. При низких температурах намагниченность редкоземельной подрешеткп, как правило, превышает суммарную намагниченность железных подрешеток, и направление результирующей намагниченности сов- 277 Рнс. 4.19, Намагниченность нодреше тон бпаГеаОш падает с направлением магнитных моментов редкоземельной подрешетки. С ростом температуры намагниченность редкоземельной подрешетки спадает значительно быстрее, чем железной, и в некоторой точке их парциальные намагниченности сравниваются, а затем спин-система граната переориентируется, и вдоль внешнего магнитного поля установится суммарная намагниченность железных подрешеток. Температурный ход намагниченности с-подрешетки может быть рассчитан в приближении молекулярного поля при одном упрощающем предположении, что взаимодействие редкоземельных ионов с ионами железа можно описать одной константой молекулярного поля, которая оце- ~.
Ю нивается по температуре коми пенсации. Полученная таким образом намагниченность подрешеток гадолиниевого граната вс в,„ показана на рис. 4.19, Ферриты-гранаты обладают рядом уникальных свойств, пн-д1 тересных как для физических Г исследований, так и для техни- ческих приложений, Это преж- МЮ ля ХОО Ф00 Лет ооп де всего наличие малых потерь о и, как следствие, уникально узкой ширины линии магнитного резонанса -О,1 Э в пттриевом гранате.
Добротность РезонатоРов с Уагеа01а может достигать нескольких тысяч. Некоторые гранаты оказались прозрачными н имеющими большие фарадеевские вращения в оптиче. сном диапазоне. Это сделало их незаменимыми объектами для исследования таких явлений, как нелинейный ферромагнитный резонанс, возбуждение акустомагнитных колебаний, рассеяние света на спиновых волнах и для многочисленных применений в технике СВЧ. В последнее время выяснилось, что в виде эпитаксиально выращенных пленок гранаты являются наилучшими материалами для устройств с цилиндрическими магнитными доменами и т. д. й 4.6.
СЛОЖНЫЕ МАГНИТНЫЕ СТРУКТУРЫ Большой интерес представляет группа ферритов с гексагональнои структурой, образующихся в системе М'Π— МНΠ— геаОа 1161. Символ М' в данной системе обозначает ионы Ваа+, Бга+, Свае плп РЬа*, которые имеют ионные радиусы в пределах 1,06 —;1,43 й, близкие к ионному радиусу кислорода 1,32 А. Символ Мп отно- 278 сигея, как и в шпинелях, и переходным ионам малого радиуса Мдь-~, Мпа+, Геке, Со'+, Х1а', Хпье, Сц'+ или их комбинациям. В физическом смысле гексаферриты часто полезно рассматривать как усложненные шницели, состоящие из шпинельных блоков (ось г111] которых направлена вдоль оси с) и атомных плоскостей шиинельчого типа, разделенных атомными плоскостями, состоящими из М'-", О'- и Ге', что и приводит к гексагональной структуре.
Криста.злографически их рассматривают как структуры, родственные ферромагнитному магнетоплюмбцту РЬГемОш (минерал магнетоплюмбит имеет примерный состав С- СС6 Я Я ~~ ~е Ф РЬГетьМпхьА!оьТ1оьОв). В элементарной ячейке магнетоплюмбнта содержится две формульные единицьа РЬГе1а01а. Бариевый аналог магнетоплиомбита ВаГе,ьОш называется ферроксдюр.
На рис. 4.20 показан один из вариантов разбиения структуры магнетоплюмбита на блоки, который поможет понять строение более сложных гексаферритов. Магнетоплюмбит представ- ф Э,~Э ° ляется комбинацией из двух типов блоков: шпинельных 5 --Ф- —-- и гексагональных Н. Блок 5 состоит из двух слоев кисчоро- ©Од фраз+ да: всего в него входят 8 ионов кислорода и 6 ионов железа. Блок Н состоит пз трех слоев Рпс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
