Kittel-Ch-Vvedenie-v-fiziku-tverdogo-tela (1239153), страница 104
Текст из файла (страница 104)
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 100 500 гу00 000 000 200 Т'Я' Рис. (6.2(. Экспериментальные криные намагниченности пасы.ценна (выраженной в магнетонак Бора на формульиую единицу) как функции температуры длн ряда феррнтов-гранатов (по Потене).
Формульная едшпша — это МзрсэОы, где М вЂ” нон трехвзлеигного металла. Теьшература, при которой в интервале между 0 и У. начшшшенность обрашаегси в нуль, иазываетсн точкой компенсации. В юоп точке намагниченность подрешеткн М равна н противоположна по напрзвлепшо суммарной наьгагг~иченпо гн подреше|ок ионов железа. На одну формульпую единицу приходится три попа трехвалс1пиого железа (ЗГе'), располагаю~пихая в тетраэдрнческих узлах (обо*начае мых обьяно через г(), два иона трехвалентного железа (2Гез") в октаэлрических узлах (обозначаемых обычно через а) и три иона трехвалентного металла М (ЗМз*), располагаюшихсн в узлах, обозначаемых через с.
Ионы гкелеза одной формулыюй единицы дают вклад в намамп1ченность, равный (3 — 2) бр, = брэ. Ооменпая снизь между ионами железа — сильная, н именно она определяет точку Кюри феррита-граната. Если ионы М" ннлнютсн ионами редкоземельных элементов. направление создаваемой нми намагниченности протнвополоитно резулширующей намагниченности, создаваемой лонами Ге' .
При повышении температуры вклад в намагниченность ионов М" быстро уменьшаетсн, поскольку обменная связь М--Ге (т. с. подрешетон с — и и с — й) отпосшсшно слабая В правой верхней часгн рисунка стрелкамп схематически показаны направления векторов памагннченнсютн подрешеток и, ч( н с. Об измерениях на монокристаллических образцах сообщено в работе Геллера и др [26а).
8 2л ф Ъ $ угт ь в и -ггт ье р Рпс. !6.22. Намагниченность пол. решеток с, г! и а в ферри ге.гранате галолиння как фчнкппя температуры (по расчетал~ ПогенН, Полная начагниче~носп оораитается в пуль прим рно прп 280'К. Точка К)ори Т. — 880*К !!амагьшчепность, отложенная по оси ординат, выражена в магнетонак Ьора яа формульную елпнипу. гттгт аттту Лр г, гт повышении температуры пройти через нуль н затем вновь увеличиваться, уже за счет преобладания вклада со стороны ионов Ее". В ферритс-гранате гадолиння усредненное поле в узлах типа с можно записать в виде Ве - — 2.10а)М„+ й4н); опо много слабее, чем поле в узлах типа а, так жс как и в случае феррнта-граната иттрня 1см.
выше). МАГНИТНАЯ СТРУКТУРА АНТИФЕРРОМАГНЕТИКА Классическим примером магнитной структуры, установленной экспериментально методом дифракцни нейтронов, является магнитная структура кристалла МпО, относящаяся к структурам типа ХаС1. Результаты этих экспериментов приведены па рпс. 16.23. При 80'К наблюдались четкис нейтронные рефлексы, которые прн 293'К отсутствовали. Рефлексы, наблюдаемые прн 80'К, имели простую интерпретацию: они отвечали кубической элементарной ячейке с постоянной решетки, равной 8,85 тт. При 293'К наблюдаемые рефлексы отвечали ГЦК ячсйке с постоянной решетки 4,43 А; эти рефлексы наблюдались также и прп 80'К. Отсюда можно было с очевидностью прийти к заклю !синю, что постоянная решетки, равная 4,43 А, относится к хиьгггческой элементарной ячейке, а постоянная решетки для рефлексов при 80'К относится к ячейке электронных магнитных моментов ионов Мпа', расположенных не так, как в ферромагнстнке.
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 Мпа' 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 ту! 2,2' 3б" И' Угеядее~еяяея Рис. 16.23. Иейтрон.дифракцнонаые картины кристалла МпО пнже (80*К) и ванне (293 'К) температуры спинового упорядочения, имеющего место црн 120 'К (нз работы )28)).
Индексы рефлексов относятся к ячейке с ребром ат = 8,85 А при 80 К и к ячейке с ребром аь = 4,43 А при 293 'К. Ионы Мп" при повышении температуры выше 120 'К сохраняют, разумеется, свой магнитный момент, но их упорядоченное расположение не сохраняется. Рис. ! 6.24. Упорядоченное асположение спинов ионов . )п" в кристалле окиси марганца МпО, установленное методами дифракции нейтронов. Шарики изображают ионы Мпт', ионы кислорода Оз не показаны. зх Рпс. 16.25.
Характер сшшового упорялочення в ферронагнетзке (обменный интеграл У О) и а аптнферромагнетнке (У ( О). ориентированы одинаково, а в соседней параллельной атомной плоскости ориентация спинов обратная, и т. д. Следовательно, кристалл МпО является антиферромигиетиком (см. схему на рис. 16.25). В ангнферролгаанетике спины расположены попарно анти- параллельно и суммарный магнитный момент кристалла равен нулю.
Лнтиферромагннтное упорядочение возникает в точки Оееля Тн и сохраняется ниже этой температуры. Магнитная восприимчивость антиферромагнетика при Т = Тн не бесконечна. Кривая зависимости )((7') имеет при Т = Т„более или менее четко выраженный излом, как показано на рпс. 16.26. Лнтиферромагнетик можно рассматривать как частный случай ферри- магнетика, в котором 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 аитиферромагнетика в парамагнитной Пар»нагие»гиен Згерранагнеегигн 4негирерронаг н»геен т а Х=— Х )е Банан умри -йейееа тт>ту Tг а т Х=— т+а Занан Хари тт>т,) 673 Рис.
16.26. Температурная зависимость магнитной восприимчивости Х. В ферромагнетиках в интервале температур О ( т ( т, зависимосчь х(т) носит сложный характер. В антиферромагнетиках ниже температуры Нееля спины ориентированы антипараллельно. Восприимчивость достигает максимума при Т = Тн, гле на кривой Х(Т) наблюдается хорошо выраженный излом. Точка фазового перехода может быть зарегистрирована также по максимуму тепло- емкости и коэффгщнепта теплового расширения. области (при Т ) Тл) легко получить из формулы (16.49): 2СТ вЂ” 2РСз 2С 2С Гз — (ИС)з Т+ ИС Т+ Т (! 6.5!) Экспериментальные результаты по зависимости Т(Т) нрн Т ) Тл хорошо описываются законом (16.52) Экспериментальные значения отношения 6!Тл приведены в табл.
16.3; часто они сильно отличшотся от единицы, хотя из сопоставления (16.52) с (16.5!) можно было ожидать, что отношение 6,,'Тп близко к единице. Значения 6!Тм, близкие к наблю. дасмой величине, по.зучаются из теории, если кроме взаилтодсйствин блп кайших соседей учесть взаимодействия данного атома с соседями, следуюшнми за ближайшими, а также рассмотреть более общие случаи разбиения ионов на подрешетки (см. работы Андерсона [29) и Латтинд>ксра [30)). Реп!ение задачи 16.3 (в конце главы) позволяет установить, что если ввести взаимодействие тдвлицд ~б.т Антиферроыагннтные кристаллы Параметр Е е законе Кюри — Исйсс*, К температура перехода ТЮ к й Тч тнп решетки гарзмзгннтныт попов У Ш! х,тд! Вещество 21'3 0,82 0,76 0,72 (0,2 0,8 174 0,76 1,58 0,4 550 485 !4 114 Температура Несли Тя данного вещества част(з обнаруживает рззброс длп разных образное, а в некоторых случаях имеет место большой температурный гистерезис.
Виблно. графин по вкспернменталшш установленным свойствам внтнферромагннтнык вегпеств имеетсп в обзоре Нагамнйа, Носила и Кубо 071, а также в справочнике !91. Значения пара метра й определены при помощи соотношении к=сатеру, используя данные о восприимчивости вы~не истинной температуры перехода Ти.
574 МпО МпЗ Мите Мирт Рерз РеС1, РеО Сос! СоО кпс! пл!О а-Мп Сг СгЗЬ Сг,Оз Ресоа ГЦК ГЦК Геке. слсевак ОЦ тетр. ОЦ гетр. Гекс. слоеная ГЦК Геке. слаенап ГЦК Гскс. слоеная ГЦК Сложпап ОЦК Геке. слоеная Сложная Сложная 116 160 307 67 79 24 198 25 291 50 525 !00 308 723 307 35 610 528 690 82 117 48 570 38,1 330 68,2 2300 5,3 3,3 2,25 1,24 1,48 2,0 2,9 1,53 1,14 1,37 4 внутри подрешетки и опи"ывать его в прибль:копии усредисишзго поля, то получим Е(! и = (р+ еУ(р — .,:. где е (то шее, — е) — постоянная усредненного по.!и для впутри- под; сшсточиого взаимодействия. Восприимчивое!ь пинте точки Несли.
Могут бь!ть двз существ:иио разли шых расположения висшисго магнитно!о поля относительно оси спииов зитифсрромагиетика (оси а!пифсррол!и!- истизма): 1) перпендикулярно к оси и 2) параллельно оси. В самой точке 11ссля во;прпимччвость почги ие за! испт от направления поля относительно оси аит!,ферромагиспшт!а В первом случае, когда магнитное поле -ч перпендикулярно к оси аитифсрромагиетпзма, восприим !ьвость можно вымпел!ыь„ исходя из весьма простых соображений.
11мея в виду, что в зитиферромагистике М = )М!) = )Л1, (, впишем выра кс!шс для плотности магнитной энергии при пали !!!л внешнего мп!иитио!о !юля: (.7 = рмл М, — В (М, + М,) пм = — РЛ)е Г1 — —, (2гр)21 — 2В,Л1%, (16.53з) где 2гр — угол между спииа!!и (см. рис. !6.27, а). Минимум энергии имеет место ири лц Лм сд ' Зрзп = 0 = 4рЛГ'р — 2В,М, гр = — '.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
