Krinchik-GS-Fizika-magnitnyh-yavlenii (1239154), страница 46
Текст из файла (страница 46)
4.14. Кривые нямвг вгничиввння для подрешеток А и В Пусть до насыщения намагничена одна по В (обла ть АСЕ н ис 412) Виависи 3 исимость и гниченности под ля я при 0'К дается кривой ОМТ (рис. 4.14, В). 272 Если ТФО, но мала, то кривая ОМТ переходит в кривую намагничивания Г с начальным наклоном порядка 1/Т. Молекулярное поле й, прн этом также изменяется ( Т) и принимает значение й' (рис. 4.14, В), близкое к йо.
При этом изменение намагниченности будет более высокого порядка малости, чем Т. Кривая намагничивания подреунетки А обозначена на рис. 4.14, А через ОМТ. Молекулярное поле, действующее на эту подрешетку, выражается формулой Величина /лз при 0'К определяется из условия й,=О, На рис. 4.14, А это решение дается точкой пересечения (;У кривой Ь, представляющей уравнение (4.4.17), с осью ординат. г/в При малых Т кривая намагничивания переходит в Г; !аз близко к абсолютному насыщению 1. 1ля определяется точкой пересечения Л и Г. Как видно из рисунка, уменьшение /з по порядку величины пропорцнонально Т.
Наглядно этот процесс можно представить себе следчющим образом. При 0'К подрешетка А намагничивается в нулевом поле до значения — 1г//Ла, оределяемого точной () (см. рис. о в т в вс,в т 4.14, А); если же теперь ТФ Р с р ~0'К, то для того, чтобы Рис. 4.15. Схематическая картина оссУщеетва~ала /лвяьО, нУж нов ы. возмож ых типов те еряно, чтобы /лз уменьшилась турной зависимости спонтанной нв. до некоторого равновесного мягничениостн двухиодрешеточного значения О', при этом появ- ферримвгиетикя ляется отличное от нуля й,.
Обменное взаимодействие внутри подрешетки А в данном случае отрицательно, поскольку мы находимся в области АСЕ отрицательных значений а. Итак, в областях АСЕ и В5Н суммарная намагниченность в 0'К линейно увеличивается с температурой, так как намагниченность подрешетки, имеющей меньшую абсолютную величину намагниченности, линейно падает, а другая прн этом остается намагниченной почти до насыщения. В области ЕСВН мы имеем обратную картину, и в этом случае суммарная намагниченность линейно падает вблизи (Т=О).
Первому случаю соответствует кривая М на рис. 4.15, второму — кривые Н и )г. 4 4.5. ФерритььГРАИАтеч 5 1 йТ (4.4.18) Рис. 4Д7. Различные типы окружения магнитных ионов в структуре граната Рис. 4пб. Разбиение элементарной ячейки граната на восемь октантов. Расположение ионов в актантах полностью совпатзет прн условии совмещения их пространстненных диагоналей.
указанных на рисунке пунк- тиром 274 275 В случае, когда обе подрешетки намагничены до насыщения, нз предыдущего ясно, что касательная к кривой намагниченности в 0'К должна быть горизонтальна. Для более детального изучения хода намагниченности можно воспользоваться тем, что вблизи насыщения функцию Брпллюэна можно приближенно представить в виде В,(х) - 1 — — е — пл.
5 Молекулярные поля имеют значения, близкие к пх значениям прв О'К, т. е. Нл Ьд(Лег+И) и Нн""1п(иб+Л). Тогда Для очень малых Т из двух экспоненцпальных слагаемых большим по абсолютной величине будет то, у которого аргумент экспоненты имеет меньшую величину. Оба аргумента одинаковы, если Ла-- р == (ьр — Л. (4.4.19) На плоскости а() это уравнение представляет прямую СК (рис. 4.12), параллельную БР и проходящую через точку а=1, Р=!.
Отсюда можно заключить, что в области РСК намагниченность растет с температурой вблизи 0'К, а в области КСŠ— падает (кривые Р и Я и А7, соответственно, на рис. 4.15). В соответствии с ходом кривых намагниченности вблизи 0 К, а также возможным существованием точек компенсации можно указать шесть типов температурной зависимости спонтанной намагниченности феррпмагнетпка. Все они приведены на рис. 4.15. В заключение отметим, что классификация типов кривых 7(Т) феррпмагнетпков в приближении теории молекулярного поля проведена для того, чтобы продемонстрировать возможность <аномального» поведения кривых 7(Т), например возрастания намагниченности при увеличении температуры или появления точен компенсации.
Однако, как уже неоднократно отмечалось, теория молекулярного поля не может дать правильного количественного решения для зависимости 1(Т), В частности, последовательное квантовомеханическое рассмотрение задачи показало, что, как и для одноподрешеточных ферромагнетиков (см. $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 геликоидального типа с непрерывным изменением ориентации вектора спонтанной намагниченности при переходе от одной атомной плоскости к другой (см.
$4.6). Другую довольно многочисленную группу ферритов представляют собой ферриты иттрия и редких земель, имеющие общую формулу МзЕез01з, где М вЂ” трехвалентный ион г', Сг), Ру, Но, Ег, Тш, Еп, т'Ъ, Бш, Еп, ТЬ 115]. Кристаллическая структура этих ферритов изоморфна структуре минерала граната СазЛ1з(5104)з. Структура граната относится к кубической сингоипи. В элементарной ячейке содержится восемь формульных единиц Мзрез01з, т.
е. всего 160 атомов. Так же, как и в случае шпинелп, элементарную ячейку граната можно разбить на восемь кубов с одинаковым расположением ионов в них (рис. 4.16). Ионы кислорода О' образуют немагнитную лтатрицу с катион- ными позициями трех типов: тетраэдрические (24 с(), октаэдрические (1ба) 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 обусловливает большую стабильность структуры граната.
Заполнение катионных узлов магнитоактивными ионами представляется в виде й]зГеьОгз -'(Мз ') (Гез ') [Гез+) Оьн 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 тетраэдрнческнх (с!) и октаэдрических (а) местах. Угол (Ге) — Π— [Ге) составляет примерно 127, и расположение ионов железа похоже на расположение ионов подрешеток Л и В в структуре шпннелп.
Обменное взаимодействие ас( отрицательно. Взапмное положение ионов внутри а- и с(-под]зешеток неблагоприятно для возникновения значительного внутриподрешеточного обменного взанмодеиствия. Углы (М) — Π— (Ге) (М) — Π— [Ге! н (М) — Π— (М) составляют соответственно !22'. !00' и 105'.
Наиболее существенно первое взаимодействие (сг(), причем оно также отрицательно. В силу того, что с[а-взаимодействие много больше с(с-, ас-взаимодействия, сильно взаимодействующие подрешеткп железа можно считать единой подрешеткой и представлять магнитную структуру граната в первом приближении как двухподрешеточиую. Указанием на то, что редкоземельные ионы слабо влияют на взаимодействие между железными подрешетками, является тот факт, что ферримагнитная точка Нееля редкоземельных ферритов-гранатов практически не зависит от входягцих в них редкоземельных ионов и составляет 563-+-15"К.
Магнитная формула гранатов имеет вид 3 М' ЗГе'-' 2Гез (4.5.1) мента свободного редкоземельного иона также не дает удовлетворительного согласия с экспериментом. Иначе говоря, интервал между штарковскими компонентамп редкоземельного нона в гранатах сравним по порядку величины с )гТ, и поэтому для количественного расчета магнитного момента иона необходимо знать точный вид кристаллического потенциала и учесть заселенность различных штарковских компонент при данной температуре.
10 Таким образом, магнитный момент редкоземельных ионов направлен против суммарной намагниченности ионов железа. Однако подсчет магнитно~о момента на одну формульную единицу по этой схеме дает хорошее согласие с экспериментом только в случае иттриевого н гадолпппевого гранатов. Так как ион 7 немагнитен, получаем для тзГезОдз (аналогично для 1.пзГезОы) 3 брв — 2 5]ав =- 5рв, в случае Ог]зГезО~з имеем 3 7]ав — 3 ° 5]ав — 2'5рв =- 16рв. Эксперимент дает 4,96 рн и 15,2 4зв на формульную единицу соответственно. Напомним, что ион У.'ь немагнитен, а у Оба+ 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- 676 ЯОгг чЮ - о'сто гтрс Т. Р77с.4.!8.
Темнератт рная заанснмость намагниченности некоторых редкоземель- ных феррктоа-гранатоа [23] Температурная зависимость спонтанной намагниченности некоторых редкоземельных гранатов приведена на рис. 4.18. Как видно из рисунка, характерной особенностью многих гпанатов является наличие точки компенсации на кривой 1(Т). Для объяснения зависимости намагниченности иттриевого граната от температуры применима теория Нееля для двухподрешеточного ферримагнетика с одинаковыми 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- падает с направлением магнитных моментов редкоземельной подрешетки. С ростом температуры намагниченность редкоземельной подрешетки спадает значительно быстрее, чем железной, и в некоторой точке цх 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 упрошаюшем предположении, что взаимодействие редкоземельных 7 ионов с ионами железа можно описать одной константой мос лекулярного поля, которая оце- !О нивается по температуре комяа пеисации. Полученная таким , 5- образом намагниченность поде' О решеток гадолиниевого граната вс в„ показана на рис. 4.19. Ферриты-гранаты обладают рядом уникальных свойств, интересных как для физических -70 а исследований, так и для технических приложений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
