Borovik-ES-Eremenko-VV-Milner-AS-Lektsii-po-magnetizmu (1239152), страница 72
Текст из файла (страница 72)
Степень искажения тем больше, чем меньше радиус иона М. Ионы железа занимают октаэдрические узлы решетки. В элементарной ячейке ортоферритов содержится четыре молекулы МРеОз. Спины ионов железа в каждой элементарной ячейке можно разбить на две магнитные подрешетки. Ферримагнетизм ортоферритов обусловлен не различием магнитных моментов подрешеток, а, согласно [162), их неколлинеарным расположением. Эта неколлннеарность вызвана, по-видимому, так называемым антисимметричным обменным взаимодействием между подрешетками железа. Предсказанное теорией расположение магнитных моментов ионов Роз+ подтверждено измерениями дифракции нейтронов.
400 100 1 х "о 0 200 400 600 800 Г,К 19 б Реэультиты эканерил!витальных исследований 347 По резонансному поглощению гамма-квантов ядрами Еезт в ортоферритах обнаружено наличие единого эффективного магнитного поля. Этот результат означает, что различие эффективных полей на яд! О Ге рах ионов одинаковой валентно- м ! сти обусловлено лишь различи- ! з ем их кристаллографических по- фо, ложений в решетке. К такому же О ! с).-' выводу пришли и авторы [185, ! и 186), которые обнаружили моно- ! тонное увеличение поля на ядре алеет с увеличением радиуса иона редкоземельного элемента, т.е. с ! уменьшением степени ромбиче- ° О ского искажения решетки. Результаты измерений температурных зависимостей эффективных ь1 Ь полей при температурах, намного г' /1 превышающих точку магнитного УпоРЯдочениа подРешетки Редко- Рис.
19.21. Структура ортоферритов земельного элемента, говорят об одинаковом поведении Нь,ь и намагниченности насыщения Т, подрешетки железа. Например, для ЕгГеОз Н.„ь (290 К) 1, (290 К) Н, (77 К) 1, (77 К) а для НоГеОз Н ь (290 К) 089 1 (290 К) 093 Н.„ь (77 К) ' ' 7ь (?7 К) Последнее согласуется с тем, что взаимодействие редкоземельной и железной подрешеток в ортоферритах начинает проявлять себя лишь при очень низких температурах (1 —:5 К).
Поэтому можно предположить, что при значительно более высоких температурах редкоземельные ионы будут вести себя как в парамагнетике и эффективное поле на ядрах железа будет пропорционально магнитному моменту подрешетки железа. Для каждого ортоферрита эффективное поле на ядре вблизи точки Нееля (в интервале температур 0,60Тн < Т < 0,993Тн) изменяется с изменением температуры по закону «одной трети»: Н (Т), 2; !/3 = Р (1 — —,, ), где 77 — постоянная. Пьф(0) (, 79) Несмотря на использование мессбауэровских спектрометров высокой разрешающей способности, в ферримагнитной области ортоферритов квадрупольного расщепления уровней ядер Гезт обнаружить не удалось. Это говорит о малости квадрупольных взаимодействий по сравне- 348 Гд 19.
Ядерный гамма-резонанс (эффект Мессбауера) нию с магнитными в области магнитного упорядочения. Установлено, что с возрастанием температуры сдвиг центра тяжести мессбауэровского спектра ортоферрита уменъшается. Линейный ход зависимости от температуры согласуется с теоретическими расчетами изменения температурного сдвига, обусловленного квадратичным эффектом Доплера. Г1ри исследовании ядер Ег'св в ЕгреОз Видеманн и Зинн 1249~ получили виже точки упорядочения подрешетки эрбия (4,3 К) необычные, «размазанные» спектры. «Размазывание» спектра ЕгреОз при температурах ниже 4,3 К может быть объяснено эффектами спиновой релаксации между подуровнями, расщепленными обменным взаимодействием ионов Ег.
Для возникновения заметного влияния спиновой релаксации на мессбауэровский спектр достаточно, чтобы ее время было порядка обратной величины частоты прецессии спина ядра, а расщепление обменным взаимодействием — порядка тепловой энергии. Можно ожидать, что последующие эксперименты обнаружат указанный эффект и в других ферримагнитных соединениях, Глава 20 СТАЦИОНАРНЫЕ МАГНИТНЫЕ СТРУКТУРЫ И ВЛИЯНИЕ НА НИХ ВНЕШНЕГО ПОЛЯ 9 20.1. Нейтронографические исследования магнитоупорядоченных кристаллов и типы их магнитных структур В случае ферромагнетиков наличие спонтанного макроскопического магнитного момента однозначно свидетельствует о магнитном упорядочении, а в случае антиферромагнетиков, у которых спонтанный магнитный момент отсутствует, нужны более непосредственные доказательства магнитного упорядочения. Экспериментальные данные о теплоемкости и магнитных свойствах хорошо объясняются, если представить магнитную структуру антиферромагнетика как суперпозицию вставленных друг в друга ферромагнитных подрешеток.
Однако такое представление долго существовало лишь как весьма вероятная гипотеза. Прямое экспериментальное подтверждение наличия магнитной структуры антиферромагнетиков было получено в 1949 г. Шуллом при изучении дифракционной картины рассеяния нейтронов [239). Благодаря отсутствию заряда у нейтрона и наличию у него магнитного момента взаимодействие нейтронов с электронной оболочкой ионов, образующих кристалл, имеет магнитную природу.
Интенсивность рассеяния нейтронов, обусловленная магнитным взаимодействием, оказывается сравнимой с интенсивностью их рассеяния на ядрах. Однако поскольку условия запрета для дифракционных пиков, соответствующих ядерному и магнитному рассеянию, различны, переход в магнитоупорядоченное состояние может сопровождаться появлением новых пиков на нейтронограммах.
Это обстоятельство иллюстрируется рисунком 20.1, на котором приведены нейтронограммы Мг1Гз, полученные Эриксоном [193). Пики (100) и (201) запрещены для рассеяния на ядрах, но разрешены для магнитного рассеяния, и поэтому появляются при переходе в антиферромагнитное состояние, хотя ячейка магнитной структуры совпадает с химической (рис.20.2). В том же случае, когда период магнитной ячейки отличается от периода химической, появление дополнительных пиков на нейтронограммах магнитоупорядоченного кристалла очевидно. Так, на рис.
20.3 приведены нейтроно- 350 500 0 10 15 20 25 30 35 40 Угол отсчета, град Рис. 20.1. Нейтронограммы для Мпрг. а) антиферромагнитном (23 К) и б) в парамагнитном (295 К) состояниях граммы, полученные при исследовании структуры МпО [240]. Нейтронограмма рис. 20.3, б снята при комнатной температуре, когда Ъ|пО находится в парамагнитном состоянии, а нейтронограмма рис. 20.3,а при Т = 80 К, когда вещество находится в антнферромагнитном состоянии. На этой нейтронограмме появился ряд дополнительных пиков, обусловленных когерентным магнитным рассеянием.
Для объяснения картины магнитного рассеяния необходимо предположить, что маги нитная ячейка имеет удвоенный С)мп Р по сравнению с химической период. Нейтронографический метод позволяет определять не только период магнитной структуры, но и ориентацию магнитных моментов подрешеток. Для решения это~о вопроса необходимо с большой точностью изучить относительную интенсивность магнитных пиков. Оказалось, что направление спинов у антиферромагнетиков, обладающих одинаковой (в смысле чередования направлений магнитных моментов ионов) магнитной структурой, может быть различным. Направ- Рис.
20.2. Кристаллографическая н магнитная структуры Мпр в анти- ферромагнитном состоянии 400 3 300 о Р' 200 !00 0 й 300 Ц 200 )к 100 Гт 20. Стикионирньье иагнитньье структуры 35! 20.Н Нейтронографические исследования (!!0) (311) (331) (511) 100 50 и Д с 20 :и с О с 100 а 60 20 О 10 20 30 40 50 Угол отсчета„град Рис. 20.3. Нейтронограммы для К!440: а) в антиферромагннтиом (80 К) и б) парамагннтном (292 К) состояниях ление спинов в окислах следующее [233[: у МпО М, [[ [111[; у РеО М, 3 [111[; у СоО М, [[ [117); у ~(О у фторидов у МпГз, Собра, Бела [193[ М, параллельны тетрагональной оси С4, а у Мра М, 3 Сл [89]; у карбонатов переходных элементов ориентации спинов также различны.
Мы рассмотрели результаты нейтронографического исследования наиболее простых магнитных структур. Распространение нейтронографического метода на большое число веществ показало, что у антиферромагнетиков реализуются столь сложные и многообразные магнитные структуры, что они раньше не предугадывались даже теоретически. Теоретическое же изучение магнитных структур началось задолго до появления нейтронографических исследований: сразу же после того, 352 Гт 20.
Стиционарньье магнитные структуры Рис. 20.4. Типы магнитных структур. а) ферромагнитная; б) антиферромагнитная, е) ферримагнитная; г) треугольная, д) слабоферромагнитная, е) зонтичная; ж) многоосная (круговые токи обозначают стрелки, перпендикулярные к плоскости страницы) как Гейзенбергом и Френкелем была выяснена обменная природа сил, ответственных за упорядочение спинов в кристалле. Минимуму обменной энергии соответствует параллельное расположение спинов (ферромагнетизм), если обменный интеграл между ближайшими соседями положителен (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
