Krinchik-GS-Fizika-magnitnyh-yavlenii (1239154), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Это прежде всего наличие малых потерь и, как следствие, уникально узкой ширины линии магнитРнс. 4.!Э. Г!амагнггченноеть нодрешеток Одяре,Ог ° ного резонанса -О,) Э в пттриевом гранате. Добротность резонаторов с УьГеьОН может достигать нескольких тысяч. Некоторые гранаты оказались прозрачными н имеюшими большие фарадеевские вращения в оптическом диапазоне.
Это сделало их незаменимыми объектамп 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. г00 7Я ЮО 400 000 БОО й 46. СЛОЖНЫЕ МАГНИТНЫЕ СТРУКТУРЫ Большой интерес представляет группа ферритов с гексагональнон структурой, образующихся в системе М'Π— МНΠ— Ге,Оь !16).
Символ М' в данной системе обозначает ионы Вад+, Бгае, Са'+ плн РЬ", которые имеют ионные радиусы в пределах 1,06 —:1,43 А, близкие к ионному радиусу кислорода 1,32 А. Символ Ми отио- 278 снтся, как и в шппнелях, к переходным ионам малого радиуса Мод+, Мпд+, Гед+, Со'+, %а+, Хпде, Сцд+ или их комбинациям. В физическом смысле гексаферриты часто полезно рассматривать как усложненные шпинели, состоящие из шпинельных блоков !ось гг111) которых направлена вдоль оси с) и атомных плоскостей шпннельиого типа, разделенных атомными плоскостями, состояшимп из М'-", О' и Геа", что н приводит к гексагональной структуре.
Кристаллографически нх рассматривают как структуры, родственные ферромагнитному магиетоплюмбнту РЬГешОш !минерал магнетоплюмбит имеет примерный состав О" ОСО 9 Я ~~ ~е Ф РЬГегьМпь.ьА!одТгодОН). В элементарной ячейке магнетоплюмбита содержится две форы) льные единицы РЬГегаОгд. Бариевый аналог магнетоплюмбита ВаГе„О,д называется ферроксдюр. На рис. 4.20 показан один из вариантов разбиения структуры магнетоплюмбита на блоки, который поможет понять строение более сложных гексаферритов. Магиетоплюмбит представ- ф Е ф4Э ° ляется комбинацией из двух типов блоков; шпинельных 5 — — '+--- —— и гексагональиых Н.
Блок 5 состоит из двух слоев кислоро- ©О~ фВОЯ+ да: всего в него входят 8 ионов кислорода и 6 ионов железа. Блок Н состоит нз трех слоев Рне. 4.20. Раабг1енне ааементарнои кислорода; в него входят 11 ячейки гексаферрига ВарешОы на бао. лн !мааенькне шарики †ио Ге'+! ионов кнслорода, 6 ионов железа и одип ион бария. В представлении блоков 5 и Н структура элементарной ячейки ВаГемОН выглядит следующим образом — БНБ"Н, где 8' и Н; — блоки 5 и Н, повернутые на 180' вокруг выделенной оси с. В бтруктуре ферроксдюра 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 олоках 5 магнитные моменты упорядочены тай же, как и в шпинели. Тогда в каждом 5-блоке спины четырех ионов железа в октаэдрнческих позициях будут аитипараллельиы спинам ионов в тетраэдрическнх позициях.
279 Структуру гексагональиых блоков можно получить из детального рассмотрения расстояний и углов между катионами. Смит и Вейн [16[ сделалп заключение, что моменты иона в гексаздрпческом окружении и трех ионов в октаэдрических окружениях должны быть параллельны, а моменты двух других ионов в октаздрцческпх позициях — антппараллельны результирующей намагниченности шпинельного блока. Таким образом, приходим к магнитной формуле ферроксдюра ВаО 6ГейОэ, в котором все ионы железа трехвалентиы [(4 — 2) — (1 — ' 3 — 2) [ Х 5ра = 20 рв, что дает хорошее согласие с экспериментом.
Многие ферриты, близкие по структуре к ферроксдюру, были получены искусственно, В настоящее время известно около 60струкТаблица 4.4 Структуры некоторых гексаферритов Длина по оси с эл ментарной гексагональной Число с.чоев в элементар. ной ячейке Компоаияия блоков в элементар- Ойоэначс- иие Химическая фоРмула иой ячейке ячейки. Л ВйО 6ГеОэ ВаО 2МП0.8ГеаОэ 2ВйО 2МгРО 6ГеэОэ ЗВаО. 2МпО 12ГеаОэ 4ВйО 2МПО. 18Ге,Оа 2ВйО 2Мг10 14ГеэОэ М В' Г 2 Х ЗНЗ*Н" ЗЗНЗ*З'Н' (ЗНэ)а Н*ЗНэЗНЗ*НэЗ* ЗНЗ*Н'З*Н, (ЗЗНЗН), ' 10 14 ЗХ6 22 16 ЗХ 12 23,2 32,8 43,6 62,3 38,1 84,1 баб 0 100 8л0 у00 80 80 ц0 20 0 00 тур гексаферритов и значи- йЯ тельно большее количество й20 0 соединений.
Некоторые ба- ггу риевые (Мп=Ва' ) гексабм0 бггг0у 80 - 20 гоиальные ферримагнетики указаны в табл. 4.4, а на рис. 4.21 приведена диаграмма составов бариевых гексагл — — — — ' ал ц0 З 60 ферритов. В структурах типа у, Л, )у появляется еще один 20 80 структурный элемент — гексагональный блок Нш состоящий из четырех кислородных слоев; в нем ионы бария замещают некоторые Рис. 4.21. Химический состав гексаго- ионы кислорода в двух среднальных и шпннельных соединений н треугольной 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 дости- гает нескольких тысяч ангстрем, т.
е. размера биологических молекул, Гексаферриты обладают необычно широким спектром анизотропных свойств. Соединения группы г' имеют плоскость легкого намагничивания и в связи с этим получили особое название— феррокспланы. Материалы группы %' и Х являются в основном одноосными с легкой осью, совпадающей с гексагональной осью. Соединения СойУ и Сой2 обладают конической поверхностью легкого намагничивания при Т(2!5'К, т.
е. симметрия их энергии кристаллографической анизотропии является промежуточной между легкоосной и легкоплоскостной. Указанный широкий спектр анизотропных свойств в сочетании с большой константой анизотропии (Н вЂ” 50 кЭ) и получением узкихрезонансныхлинийсЬН-4 — !ОЭ на 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 10 до 150 ГГц, т. е. вплоть до миллиметрового диапазона. С физической точки зрения сложность структуры гексаферритов также имеет ряд привлекательных черт; во-первых, наличие в системе всех типов одноосиой кристаллографической аиизотропии, 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 антиферромагннтными прослойками, позволило наблюдать и объяснить явление однонаправленной обменной анизотропии (см.
3 3.2) в монокристаллах гексаферритов ВаСоьйМ, 5гСо,лМ [!71, в то время как раньше это явление наблюдалось только в двухфазных системах. Наконец, вариация характера обменных взаимодействий привела к обнаружению [181 в гексаферрите (Ваод5гоэ)йХпйре|йОйй 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 сложными структурами, так как в общем случае их нужно представлять состоящими из бесконечного числа подрешеток, Обнаружено существование двух типов геликоидов: антиферромагнитного, когда суммарная йамагниченность кристалла равна нулю, и ферромагнитного, с отличным от нуля магнитным моментом. Первый тип осуществляется тогда, ког- 281 Таблица 4.5 и, кэ кр' 0,2 антнферромагнитный геликоид 8, (Т(еа = 230'К качлпнеарный ферромагнетик Т(.
еа = 219'К ТЬ В г антнферромагннтный геликонд 8,( Т ( Еа =- 179аК кол.чинеарный ферромагнетик Т( еа =- 88'К 13у антцферромагнитный гелнкоид 8,(Т(еа —.—.!33 К 18 ферромагнитный геликоид т ( 8, = 20'К Но 18 ферромагнитныи геликоид т(е =- 20'К Ег синусоидальнзя структура 8 ( Т ( 8 а = 85'К циклоядальная структура 8, т(е, =- бг'К 29 коллинеарный ферромагнетик Т.- 8, = 20'К синусондальная структура 8,( Т(8а — — 80'К 283 да проекция намагниченности в плоскости, пе пендик 'ля леченной осн к исталла в р лла, равномерно поворачивается от слоя к слою р этом проекция на выдепри движении вдоль оси кристалла, при ленную ось либо равна нулю (простой антпферромагнитны" р, )), либо меняется периодически (в простейшем антиферромагннтный ге .„„' ондальных структур: а — простой Рис. 4.22. Схематическое изображение гелнк гннтный геликоид, б — синусоидальная структура, в — циклоидальный гелнкоид, г — ферромагнитный геликоид случае синусондально) вдоль оси (циклонда ( ис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
