Глоссарий по физике

Слабый ферромагнетизм

Слабый ферромагнетизм - существование в антиферромагнетиках спонтанного ферромагн. момента (СФМ), величина к-рого мала по сравнению с намагниченностью подрешёток. С. ф. существует у большого числа антиферромагнетиков; наблюдался в природных кристаллах гематита задолго до того, как было открыто явление антиферромагнетизма [1]. Долгое время считалось, что наблюдаемый ферромагнетизм обусловлен примесями других, ферромагн. окислов железа, пока это явление не было обнаружено в химически чистых образцах NiF₂ [2] (см. табл.), МnСО₃ и СоСО₃ [3]. После этого была построена термодинамич. теория С. ф. в антиферромагнетиках (И. Е. Дзялошинский, 1957, [4]).

Рис. 1. Зависимость молярной намагниченности М_мол монокристалла МnСО₃ от внешнего поля H, приложенного вдоль тригональной оси O_z (M_z) и перпендикулярно ей (М_ху) при Т = 4,2К.

Вещества со С. ф. обнаруживают характерную магн. анизотропию. СФМ направлен либо вдоль одного выделенного кристаллографич. направления, либо в плоскости, перпендикулярной гл. оси тригональных или гексагональных кристаллов (базисная плоскость). Типичные кривые намагничивания показаны на рис. 1 на примере МnСO₃. При любом направлении магн. поля Н в базисной плоскости ху возникает параллельная ему намагниченность М_ху, к-рая зависит от H (начиная с полей ~1 кЭ) по закону:

где - величина СФМ, - магн. восприимчивость в плоскости ху, H_D - эфф. поле Дзялошинского. Если вектор H направлен перпендикулярно базисной плоскости (вдоль оси Oz), то

Величина составляет небольшую долю от намагниченности подрешёток М_п (п - номер подрешётки). Температурная зависимость (Т)(рис. 2) аналогична М_п(Т), если в веществе при изменении Т не происходит перехода из одной антиферромагн. структуры (АС) в другую. Для температурной зависимости характерно наличие острого максимума в Нееля точке (Т = Т_N)(рис. 3).

С. ф. возникает в тех антиферромагнетиках, группа магнитной симметрии к-рых допускает одновременно как антиферромагн., так и ферромагн. упорядочение. Найдены все пространств. и точечные группы магн. симметрии, допускающие существование С. ф. [5. 6].

Рис. 2. Температурная зависимость а₀ для СоСО₃ (в единицах СГСМ на моль).

Рис. 3. Температурная зависимость молярной магнитной восприимчивости для СоСО₃.

Термодинамическая теория С. ф. основана на разложении термодинамич. потенциала Ф по компонентам векторов антиферромагнетизма L и намагниченности М, являющихся линейными комбинациями М_п (напр., в двухподрешёточном антиферромагнетике L = M₁ - М₂, М = M₁ + М₂). Это разложение должно быть инвариантным относительно всех преобразований симметрии пространственной группы кристалла. Многие группы допускают в разложении Ф существование членов вида . Их наличие приводит к тому, что при установлении антиферромагн. упорядочения с возникает СФМ M_k, величина к-рого может быть рассчитана из ур-ний, получающихся при минимизации Ф. В случае тригональных структур, обладающих пространственной группой,

Коэффициенты при изотропных членах (А к В), обусловленные обменным взаимодействием, во много раз больше коэффициентов при анизотропных релятивистских членах (а, b, d). Коэф. В является осн. константой обменного взаимодействия, определяющей эффективное обменное магн. поле H_Е = BL/2. Минимизация (3) при заданном значении L² даёт два решения:

1) (L_x = L_y = 0) и M = 0 - такой магн. структурой обладают FeCO₃ и низкотемпературная модификация;

2) и М_х = (d/B)L_y, M_y = (d/B)L_x, M_z = 0. При этом возникает СФМ

Этот СФМ мал ввиду малости отношения d/B. Такой магн. структурой обладают МnСO₃, СоСО₃, NiCO₃ и высокотемпературная модификация . Если включить в потенциал член с магн. полем, то минимизация Ф приводит к ф-лам (1) и (2), в к-рых, а

Вектор перпендикулярен L. Поэтому в веществах со С. ф. векторы намагниченности подрешёток не направлены строго антипараллельно, а отклоняются на небольшой угол от оси антиферромагнетизма (рис. 4, а). В принципе возможен и продольный С. ф. благодаря различию величин векторов М_п строго антипараллельных подрешёток. Однако во всех известных случаях С. ф. . При перемагничивании вместе с должен менять знак и L, т. е. подрешётки должны поворачиваться на 180°.

Рис. 4. Образование за счёт скоса векторов намагниченности подрешёток м_п: а - слабого ферромагнетизма в двухподрешёточном антиферромагнетике; б - антиферромагнитной структуры с четырьмя скрещенными подрешётками.

Слагаемое из (3) описывает Дзялошинского взаимодействие ,такого вида члены встречаются в ряде пространственных групп тригональных, тетрагональных и гексагональных сингоний. В нек-рых группах тетрагональных сингоний С. ф. описывается членом вида, а в ромбич. сингониях - членом вида . В моноклинных сингониях подобная сумма содержит четыре члена. В большинстве групп гексагональной и кубической сингоний С. ф. описывается членами шестого и четвёртого порядка по[5].

Для антиферромагнетиков с четырьмя и более подрешётками существует неск. векторов L, описывающих разл. антиферромагн. структуры АС. Поэтому в выражение для потенциала Ф могут входить члены типа (р, q - номера АС), к-рые приводят к возникновению АС со скрещенными подрешётками, не обладающих С. ф. (рис. 4, б).

В микроскопической теории С. ф. рассматривают самый общий вид спинового гамильтониана, удовлетворяющий симметрии данного кристалла:

Здесь - операторы компонент спинов магн. ионов, расположенных в узлах;- тензор, описывающий их взаимодействие;- константа одноионной анизотропии. Первый член содержит как обычную изотропную часть (i = k), к-рая описывает обменное взаимодействие, так и анизотропную часть . Последняя описывает анизотропию, обусловленную межионным взаимодействием, а также С. ф. Ответственная за С. ф. часть гамильтониана может быть представлена в виде . Вектор Дзялошинского соответствует константе а в разложении (3). В рассмотренных выше тригональных кристаллах направлен параллельно оси.

Второй член описывает одноионную анизотропию, и обычно коэф.не зависят от номера узла. Однако в нек-рых тетрагональных кристаллах оси симметрии в двух эквивалентных узлах элементарной ячейки повёрнуты на 90° и соответственно. В этом случае С. ф. обусловлен не анизотропным обменом, а одноионной анизотропией.

Фазовые переходы. В отличие от обычных антиферромагнетиков, в антиферромагнетиках со С. ф. при Т > T_N магн. поле вызывает антиферромагн. упорядочение с вектором L, перпендикулярным приложенному полю. Подобно ферромагнетикам у антиферромагнетиков со С. ф. в магн. поле (параллельном С. ф. моменту) нет различия в магн. симметрии при темп-pax выше и ниже критической [9]. С этим обстоятельством связано возникновение показанного на рис. 3 пика магн. восприимчивости.

В кристаллах, у к-рых симметрия допускает существование С. ф., наблюдаются специфич. магнитные фазовые переходы. Во-первых, переходы, обусловленные изменением с температурой соотношения констант магн. анизотропии, приводящие к повороту L от одного кристаллографич. направления к другому. В результате такого поворота антиферромагнетик может переходить из состояния со С. ф. в чисто антиферромагн. состояние (переход Морина в ) или в состояние, где С. ф. сохраняется, но происходит соответствующий поворот вектора СФМ. Подобные ориентационные фазовые переходы в нек-рых ортоферритах и ортохромитах происходят постепенно, и процесс переориентации ограничен сверху и снизу по температуре двумя фазовыми переходами 2-го рода [7]. Во-вторых, наблюдаются фазовые переходы из чисто антиферромагн. состояния в состояние со С. ф. под действием магн. поля. Такие переходы происходят в легкоосных антиферромагнетиках, если Н приложено перпендикулярно лёгкой оси. Магн. поле вызывает поворот вектора L в плоскости, перпендикулярной Н, и возникновение СФМ вдоль Н. В четырёхподрешёточных антиферромагнетиках возможен индуцированный магн. полем переход 1-го рода в состояние со С. ф., сопровождающийся перестройкой АС.

В веществах, симметрия к-рых допускает существованне С. ф., но анизотропия такова, что вещество переходит в чисто антиферромагн. состояние, в области вблизи T_N могут наблюдаться аномалии в температурной зависимости восприимчивости, аналогичные показанной на рис. 3.

Свойства некоторых антиферромагнетиков со слабым ферромагнетизмом

Литература по слабому ферромагнетизму

1. Smith I., The magnetic properties of hematite, «Phys. Rev.», 1916, v. 8, p. 721;
2. Matarrese L. M., Stout J. W., Magnetic anisotropy of NiF₂, «Phys. Rev.», 1954, v. 94, p. 1792;
3. Боровик-Романов А. С., Орлова М. П., Магнитные свойства карбонатов кобальта и марганца, «ЖЭТФ», 1956, т. 31, с. 579;
4. Дзялошинский И. Е., Термодинамическая теория «слабого» ферромагнетизма антиферромагнетиков, «ЖЭТФ», 1957, т. 32, с. 1547;
5. Туров Е. А., Физические свойства магнитоупорядоченных кристаллов, М., 1963;
6. Вirss R., Symmetry and magnetism, Amst., 1964;
7. Ориентационные переходы в редкоземельных магнетиках, М., 1979;
8. Moriya Т., Weak ferromagnetism, в кн.: Magnetism, ed. by G. T. Rado, H. Suhl, v. 1, N. Y.-L., 1963;
9. Боровик-Романов А. С., Лекции по низкотемпературному магнетизму, Новосиб., 1976.

А. С. Боровик-Романов

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что, когда некоторые исследователи, пытающиеся примирить релятивизм и эфирную физику, говорят, например, о том, что космос состоит на 70% из "физического вакуума", а на 30% - из вещества и поля, то они впадают в фундаментальное логическое противоречие. Это противоречие заключается в следующем.

Вещество и поле не есть что-то отдельное от эфира, также как и человеческое тело не есть что-то отдельное от атомов и молекул его составляющих. Оно и есть эти атомы и молекулы, собранные в определенном порядке. Также и вещество не есть что-то отдельное от элементарных частиц, а оно состоит из них как базовой материи. Также и элементарные частицы состоят из частиц эфира как базовой материи нижнего уровня. Таким образом, всё, что есть во вселенной - это есть эфир. Эфира 100%. Из него состоят элементарные частицы, а из них всё остальное. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА Рыцари теории эфира

10.11.2021 - 12:37: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:36: СОВЕСТЬ - Conscience -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от д.м.н. Александра Алексеевича Редько - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:35: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вадима Глогера, США - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:18: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> Волновая генетика Петра Гаряева, 5G-контроль и управление - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:18: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:16: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМЫ МЕДИЦИНЫ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:15: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Екатерины Коваленко - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:13: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вильгельма Варкентина - Карим_Хайдаров.