Г.С. Кринчик - Физика магнитных явлений (1127398), страница 48
Текст из файла (страница 48)
4до, Разбиение зленентарнои кислорода; в него входят 11 анейкн сексаФеррита ВаГе Оы на био. ки (папины ие шарики †ио Ге'~1 попов кислорода, б ионов железа н один ион бария. В представлении блоков 5 и Н структура элементарной ячейки ВаГемО„ выглядит следующим образом — ЬНБ"Н, где Ва и Н; — блоки 5 п Н, повернутые на 180' вокруг выделенной оси с. В бтруктуре фсрроксдюра имеются три типа катионных позиций: тетраэдрические, октаэдрические и гексаэдрические. Гексаэдрические пустоты образуются в блоках Н и имеют пятикратное кислородное окружение в виде бипризмы, образованной двумя тетраэдрами. Локально существует ось симметрии третьего порядка.
Естественно допустить, что в шпинельных блоках 5 магнитные моменты упорядочены так же, как и в шпинели. Тогда в каждом 5-блоке спины четырех ионов железа в октаэдрвческих позициях будут антипараллельны спинам ионов в тетраэдрическнх позициях. Структуру гексагональных блоков можно получить нз детального рассмотрения расстояний и углов между катионами. Смит н Вейн [16] сделали заключение, что моменты иона в гексаэдрпческом окружении и трех ионов в октаэдрических окружениях должны быть параллельны, а моменты двух других ионов в октаэдрпческих позициях — антппараллельны результирующей намагниченности шпинельного блока. Таким образом, приходим к магнитной формуле ферроксдюра Ва0.6геэОэ, в котором все ионы железа трехвалентны [(4 — 2) — (1 -'- 3 — 2)] Х бра = 20 ра что дает хорошее согласие с экспериментом.
Многие ферриты, близкие по структуре к ферроксдюру, были получены искусственно. В настоящее время известно около 60струкТаблнна 4.4 Структуры некоторых гексаферрнтов Длина по оси с элементарная тексатональной Компоэиния блоков в элементарной ячейке Число слоев в элементар. ной ячейке Обозна чс- нне Химическая формула ячейки, Л ВаО 6ГеОа ВаО 2МПО 8ГеаОа 2ВаО 2МНО 6ГеэОэ ЗВаО 2МНО 12ЕеаОа 4ВаО 2МПО. 18ре,Оа 2ВаО 2М!'0.14РеэОа 1О 14 ЗХО 16 ЗХ12 БН$*Н* ББНБ*Б'Н' 1$Н,), Н*БНтБНБ*Нэ$* БНБ'Н*Б*Н, !ББНБН) 23,2 32,8 43,5 52,3 38,1 84,1 ба0 тур гексаферрнтов и значп- йат 0у тельно большее количества У00 0 соединений.
Некоторые ба0Р0 Щд, ггу риевые 1Ми=Ва") гексагональные ферримагнетпки указаны в табл. 4.4, а на - 20 ЗГЕ 1~ рис. 4.21 приведена диаграм- 000,-, ~ 00.гс 0 ма составов бариевых гексаферритов. В структурах типа 'г', 2, )г появляется еще один 20 структурный элемент — гек- сагональный б.чок Нй, сос- 0 й20 тоящий из четырех кислог00 бп 00 00 20 0 и родных слоев; в нем ионы бария замещают некоторые РНС.
4.21. ХНННЧЕСКНй СОСтан ГЕКСаГО- ионы кислорода в двух среднальных н шнвнельных соединений в треуготыгой системе координат них слоях. К наСтОящему вре- мени научились делать столь сложные комбинации указанных блоков Я и Н, что длина элементарной гексагональной ячейки гексаферрита вдоль оси с достн- гает нескольких тысяч ангстрем, т. е. размера биологических молекул. Гексаферриты обладают необычно широким спектром анизотропных свойств. Соединения группы У имеют плоскость легкого намагничивания и в связи с этим получили особое название— феррокспланы.
Материалы группы Уэ' и Е являются в основном одноосными с легкой осью, совпадающей с гексагональной осью. Соединения СорУ и СозХ обладают конической поверхностью легкого намагничивания при Т(215'К, т. е. симметрия их энергии крясталлографической анпзотропии является промежуточной между легкоосной и легкоплоскостной. Указанный широкий спектр анизотропных свойств в сочетании с большой константой анизотропии (Е1 50 кЭ) и получением узких резонансных линий с ЛЦ-4 — !О Э иа монокристаллических образцах делает гексаферриты незаменимыми материалами для многих областей применения в устройствах СВЧ. Феррокспланы, например, являются единственными материалами, у- которых резонансная частота сдвинута настолько далеко, что они обладают значительной начальной проницаемостью в широком диапазоне частот от 50 до 800 МГц.
Линейные и нелинейные устройства резонансного типа на гексаферритах — вентили, преобразователи частоты, генераторы СВЧ-колебаний, ограничители мощности и другие — разрабатываются в диапазоне частот от !О до 150 ГГц, т. е. вплоть до миллиметрового диапазона.
С физической точки зрения сложность структуры гексаферрнтов также имеет ряд привлекательных черт: во-первых, наличие в системе всех типов одноосной кристаллографической анпзотропии, во-вторых, возможность получения различных типов обменного взаимодействия даже в монокристаллических стехиометрических образцах. Например; представление об устройстве некоторых гексаферритов в виде ферримагнитных шпинельных блоков, разделенных антиферромагнитными прослойками, позволило наблюдать и объяснить явление однонаправленной обменной анизотропии (см. 8 3.2) в монокристаллах гексаферритов ВаСо,вМ, ЯгСо,вМ [171, в то время как раньше это явление наблюдалось только в двухфазных системах.
Наконец, вариация характера обменных взаимодействий привела к обнаружению !18) в гексаферрите (Ваэз8гцэ)гУпзГемОзз наиболее сложной магнитной структуры— геликоидальной, к рассмотрению которой мы и перейдем. Мы видели, что тщательное изучение свойств магнитных кристаллов привело к необходимости представлять магнитную структуру некоторых магнитных кристаллов как совокупность большого числа магнитных подрешеток. Геликоидальные структуры в этом отношении являются наиболее сложнымп структурами, так как в общем случае их нужно представлять состоящими из бесконечного числа подрешеток. Обнаружено существование двух типов геликоидов: антиферромагиитного, когда суммарная намагниченность кристалла равна нулю, и ферромагнитного, с отличным от нуля магнитным моментом.
Первый тип осуществляется тогда, ког- 281 да проекция намагниченности в плоскости, перпендикулярной выделенной оси кристалла, равномерно поворачивается от слоя к слою при движении вдоль оси кристалла, при этом проекция на выделенную ось либо равна нулю (простой антиферромагнитный геликоид (рис. 4.22, а)), либо меняется периодически (в простейшем Рис. 4.22. Схематическое изображение гелнкоидальных структур: а — простой антиферромагнитный гелнкоид, б — синусоидальнан структура, в — никлоидаль- ный геликоид, г — ферромагнитный гелнкоид случае синусоидально) вдоль оси (циклоидальный геликоид (рис. 4.22, в) — сочетание антиферромагнитного геликоида со стоячей продольной спиновой волной (рис.
4.22, б)). Ясно, что при усреднении магнитного момента по магнитному периоду этих структур получается нуль. В общем случае периоды магнитной и кристаллографической структуры не совпадают, причем период вращения проекции намагниченности на базисную плоскость и период изменения проекций на выделеннуго ось также различны. Второй тип геликоидальной структуры характеризуется равномер- 282 Таблица 4.5 й1агннтные структуры тяжелых редкоземельных металлов Магнитика структуры и области иа сущсстаоааиик . кэ кр коллннеаРный феРРомагнетнк нРн Т(еа — — 298'К 0,2 антнферромагннтный гелнконд Еа(т(еа =230 К катлинеарный ферромагнетнк ТС Ва = 219'К ТЬ коллннеарный ферромагнетнк Т( Ва = 85'К антнферромагннтный гелнконд В,С Т(еа = 179'К Ву ферромагнитный геликонд Т(еа=В К антнферромагннтный гелнконд Вг( т(ее =" 133 К Но !8 ферромагнитный гелнконд Т(ег = 20'К Ег 18 сннусондальнан структура В 7 (Ва 85сК цнкловдальнан структу ра Ва ( т ( Ва — — 50сК сннусондальнан структура 29 В~С тс..
Ва = 60'К Тго коллннеарный ферромагнетнк тсв = 2О'К 283 мым вращением проекции намагниченности на базисную плоскость, а проекция намагниченности на выделенную ось остается постоянной (рис. 4.22, г). На возможность существования геликоидальной структуры в МпЛцт и МпОт было практически одновременно указано сразу тремя авторами 1191, затем они были обнаружены нейтронографически, и к настоящему времени геликоидальные структуры найдены в самых различных классах магнетиков — ферритах-гранатах, ферритах-шпинелях, гексаферритах, в металлическом храме и, наконец, в чистых редкоземельных металлах. Рассмотрим коротко магнитные свойства тяжелых редкоземельных металлов (подробнее см.
(201). Свойства монокристаллов Ву, Но, Ег, ТЬ и Тц были изучены как с помощью магнитных измерений, так и методом дифракции нейтронов в широком температурном интервале. Магнитные исследования показали, что моно- кристаллы указанных металлов при низких температурах обнаруживают ферромагнитные свойства (иногда это ферромагнитный теликоид), затем при температуре су1 претерпевают антиферромагнитное превращение геликоидального типа и выше некоторой температуры егт переходят в парамагнитное состояние.
Для каждой а,щ„— — - — )у У рв (1, соа а , '1, сов 2а), (4.6.1) где А/ — число магнитных атомов в 1 смз, 5 — спин атома, 1~ и 1> — обменные интегралы взаимодействия с 1-м и 2-и ближайшими слоями соответственно, а — угол между спинами в соседних слоях. Равновесный утоп ае определится из условия минимума выражения (4.6.1) 1.
соваа'- 1, 41я (4.6.2) 11. 51п аа О. (4.6.3) Если то минимальной знергиен обладает состояние 1. Если (1>((1~/4, то уравнение совке=1>/412 не имеет решения, и устойчивым становится состояние П с ае=О. Таким образом, условие геликоидальности определяется выражением (4.6.3), Из формулы 1 (4.6.2) следует, что изменение ае с температурой связано с зависимостью от температуры обменных интегралов 1~ и 1,.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
