Квантовая теория твердых тел - Пайерлс Р.
Скачать (прямая ссылка):
моментов, которые в атоме являются вырожденными, должны разделиться в
анизотропном поле смежных атомов.
Спин индуцирует в атоме момент, основной член которого будет
пропорционален магнитному полю спина и вследствие симметрии будет иметь
то же самое направление. В этом приближении все еще нет эффекта
зависимости от направления. Однако в сильном локальном поле, создаваемом
спином в том же самом атоме, восприимчивость не является строго
постоянной. Зависимость атомной восприимчивости от поля определяется
отношением между \iH (где р-магнетон Бора) и разностью энергий ДЕ между
состояниями, соответствующими различным ориентациям орбитального момента.
Эти разности энергии обращаются в нуль в свободном атоме, и можно
ожидать, что они будут достаточно малыми и в кристалле. Поэтому члены,
пропорциональные Н2 в атомной восприимчивости (нечетные степени Н должны
отсутствовать вследствие симметрии), уже не являются несущественными.
Таким образом, в монокристалле все домены могут быть легко упорядочены в
одном из направлений легкого намагничивания. Однако для того, чтобы
намагнитить кристалл полностью в каком-либо другом направлении, требуется
магнитное поле, достаточно сильное для того, чтобы противодействовать
анизотропной части индуцированного атомного поля. На опыте магнитные
поля, нужные для этой цели, имеют порядок нескольких сотен гаусс, и это
вполне согласуется с членами высшего порядка, на которые я ссылался.
Под влиянием тех факторов, которые были нами рассмотрены, бесконечно
малое поле будет достаточным для того, чтобы намагнитить кристалл вплоть
до значения его самопроизвольной намагниченности в направлении легкого
намагничивания, а в любом другом направлении - вплоть до такого значения
намагниченности, которое получается при ориентации всех доменов по тому
из тех напра-
S 7. АНТИФЕРРОМАГНЕТИЗМ
209
влений легкого намагничивания, которое образует наименьший угол с внешним
полем.
Следовательно, мы должны ожидать бесконечно большой начальной
восприимчивости, и действительно, начальная восприимчивость чрезвычайно
велика для чистых и хорошо выращенных кристаллов. Чтобы понять
происхождение реальной восприимчивости и явления гистерезиса, надо
рассмотреть механизм, с помощью которого происходит ориентация доменов.
Легко видеть, что это не может происходить путем постепенного вращения
направления вектора намагниченности, поскольку такая операция включает
прохождение через невыгодные направления, которые в отсутствие сильного
внешнего поля не являются возможными направлениями намагниченности.
Вместо этого домены, ориентированные вдоль направлений легкого
намагничивания, будут расти за счет других, и этот процесс зависит от
природы границы между доменами.
В идеальном кристалле границы доменов могут свободно перемещаться, но,
например, область, где имеются напряжения или примеси, может уменьшить
обменные силы, так что в такой области спины имеют меньшую тенденцию быть
параллельными друг другу, и граница, проходящая через такую область,
обладает меньшей энергией, чем в том случае, когда она проходит через
чистый материал. Поэтому на практике границы окажутся в положениях
относительной устойчивости, и необходимо магнитное поле конечной величины
для того, чтобы провести каждую границу через препятствия, образованные
менее выгодными положениями. Если движение границ встречает серьезное
сопротивление, как, например, в закаленном материале с большими
внутренними напряжениями, то возникает большая коэрцитивная сила, т. е.
нужны большие поля для того, Чтобы заметное количество границ начало
перемещаться.
Еще одна привлекательная задача-это исследование скорости движения границ
в неискаженной области кристалла.
§ 7. Антиферромагнетизм
Другая важная область, которую я не смогу адекватно отобразить,- это
явление антиферромагнетизма, которое было изучено и описано Неелем [47,
48]*).
Некоторые вещества, среди которых имеются металлы, сплавы и
неметаллические кристаллы, обнаруживают аномалию теплоемкости при
температуре, ниже которой магнитная восприимчивость меньше,
1) Это не совсем точно. Неель в своих основных работах [47, 48] хотя и
высказывал мысль о возможности магнитных подрешеток, однако рассматривал
это состояние как предельный случай парамагнетизма при 7=0. У него
отсутствовало представление об антиферромагнетизме как особом состоянии
вещества, отделенном от парамагнитого состояния точкой фазового перехода.
Ясное понимание сущности явления антиферромагнетизма было впервые
высказано JI. Д. Ландау [87]. - Прим. перев.
210
ГЛ. 8. ФЕРРОМАГНЕТИЗМ
чем при более высокой температуре. Неель объяснил это. как стремление
спинов соседних атомов иметь не параллельную, а антипарал-лельную
ориентацию. В этом случае следует ожидать, что при достаточно низкой
температуре решетку можно представлять разделенной на две подрешетки так,
чтобы все или бблыпая часть спинов одной подрешетки были параллельны друг
