Механика электромагнитных сплошных сред - Можен М.
ISBN 5-03002227-9
Скачать (прямая ссылка):
антипараллельную ориентацию соседних моментов будет легче удерживать, чем
параллельную (т. е. / < 0). Знак обменной силы может зависеть, помимо
всего прочего, от величины промежутка между атомами. Например,
металлический марганец - антиферромагнетик, а многие сплавы марганца, в
которых расстояние между атомами Мп - Мп больше,- ферромагнетики.
В некоторых антиферромагнитных соединениях обменное взаимодействие, по-
видимому, имеет место с атомом, следующим после ближайшего, действуя
через атом-помеху, например атом кислорода. Такой тип взаимодействия
называется суперобмен-ным. Это понятие косвенного взаимодействия было
выдвинуто Крамерсом в 1934 г., оно исследовалось под названием супер-
обменного несколькими авторами (Van Vleck, Anderson, ...) в пятидесятых
годах. Этот-непрямой обменный механизм, в котором ионы магнетика
электронным переносом связаны с промежуточными анионами (О, F, S и т.
д.), имеет место в антиферромагнитных и ферримагнитных изоляторах.
Антиферромагнитные материалы, не имеющие суммарного магнитного момента,
проявляют слабую положительную вое-
X
Л
ь
о
0 to
1 20 5
f 10
to "С i
а
ic
| О 50 100 150 200
в, °К
Рис. 1.6.7. Зависимость магнитной восприимчивости антиферромагнитно-го
МпР2 от температуры. (См. Grif-fel, Stout. - J. Chem. Phys., 1950, 18, p.
1455.)
§ 1.7. Элементарные возбуждения в магнитоупорядоченных кристаллах 49
приимчивость, достигающую максимума при некоторой температуре; выше этой
температуры обменные силы и суперобмен-ные механизмы уже не могут
сдерживать разрушение тепловым движением упорядоченного расположения
моментов. Эта температура- температура Нееля 0лг - аналогична температуре
Кюри ферромагнетика. Поэтому при уменьшении температуры от температуры
Нееля фаза со спонтанным антипараллельным упорядочением соседних
электронных спинов замещена на фазы парамагнетизма.
Интенсивность упорядочивающего взаимодействия характеризуется величиной
0дг (520 °К, 310 °К и 67 °К для NiO, Сг203 и MnF2 соответственно). Так
как антиферромагнитное упорядочение спинов не имеет суммарной спонтанной
намагниченности, то вещество, вообще говоря, не имеет каких-либо свойств
ферромагнетизма. Стремление сохранить антиферромагнитное упорядочение
препятствует намагничиванию вещества при наложении внешнего поля, что
приводит к появлению характерной зависимости восприимчивости от
температуры. В частности, восприимчивость антиферромагнитных материалов
уменьшается при уменьшении температуры от температуры 0,v (однако форма
кривой зависит от ориентации поля относительно направления спина, рис.
1.6.7). С ростом температуры выше точки 0# восприимчивость всегда
уменьшается, как и положено для парамагнитного вещества. Таким образом,
антиферромагнетизм имеет характерную особенность, отличающую его от
парамагнетизма и состоящую в том, что кривая зависимости восприимчивости
от температуры имеет излом в точке перехода 0#.
Иногда спонтанная намагниченность одной подрешетки спинов отличается по
величине от намагниченности другой подрешетки (рис. 1.6.1(d)). В этом
случае спонтанные намагниченности не полностью уничтожают друг друга; в
результате появляется суммарный объемный магнитный момент. В сущности это
есть частный случай ферромагнетизма, называемый ферромагнетизмом.
Намного подробнее разные типы магнетизма рассматриваются в ряде трудов
[Chikazumi, 1966; Herpin, 1968; Туров, 1965; Вонсовский, 1971; Wadas,
1974].
§ 1.7. Элементарные возбуждения в магнитоупорядоченных кристаллах
Ферромагнитные (и ферримагнитные) материалы, благодаря своему магнитному
упорядочению, могут передавать возбуждения чисто магнитной природы;
возникающие эффекты распространения аналогичны эффектам распространения
электромагнитных и акустических возбуждений. Такие возбуждения
4 Ж. Можен
50 Гл. 1. Основные электрические и магнитные свойства твердом тел
называются спиновыми волнами (см. [Ахиезер и др., 1967]); они были
открыты Блохом в 1930 г. В классическом приближении магнитные спины
линейной цепочки атомов прецессируют под, одним углом с внутренним
магнитным полем образца. Спиновые волны определяются пространственным
сдвигом в фазе соседних спинов.
Существование этого особого коллективного образа действий в
ферромагнитных кристаллах лучше понять, если вспомнить.
(а)
(Ь)
Рис. 1.7.1. Простой механизм возбуждения коллективной моды в виде магно-
нов. (а) Основное состояние ферромагнетика (прямолинейная цепочка из
параллельных спинов); (Ь) простейшее возбуждение одного магнитного спина;
(с) вся цепочка пришла в возбуждение; каждый спин прецессирует так,
что* его конец описывает окружность в основании конуса, но полярный угол
концевой точки изменяется от одного атома к другому, образуя, таким
образом,, спиновую волну.
о сильной корреляции между направлениями атомных спинов: в
магнитоупорядоченных кристаллах. Причину такого поведения легко увидеть
на примере следующего простого процесса. Рассмотрим ферромагнетик,
