Антиферромагнетизм, ферриты и магнитодиэлектрики

В некоторых твердых телах обменное взаимодействие вызывает не параллельное, а антипараллелыное упорядочение магнитных моментов отдельных кластеров. Одним из наиболее ярких примеров является соединение МnО, в котором магнитные моменты ионов марганца ориентированы антипараллельно по отношению друг к другу, или антиферромагнитно. Кристаллическая структура этого материала напоминает NaCl. Магнитные моменты ионов, расположенных в одной плоскости, параллельны, а в смежных плоскостях - антипараллельны. В результате происходит почти полная компенсация всех магнитных моментов отдельных ионов, и тело в целом не обладает спонтанной намагниченностью.

С ростом температуры взаимная компенсация магнитных моментов отдельных ионов нарушается, и тело приобретает спонтанную намагниченность. Критическая температура, при которой происходит разрушение антиферромагнетизма, определяется температурой Нееля.

Антиферромагнитные кристаллы обнаруживают положительную магнитную восприимчивость при всех температурах. Выше температуры Нееля они имеют обычные парамагнитные свойства и подчиняются закону Кюри-Вейсса.

Ферриты. Одна группа соединений заслуживает специального рассмотрения. Это класс окислов, называемых ферритами. Они представляют собой ионные кристаллы химического состава MeFe₂O₄, где Me означает один из металлических ионов. Наиболее известным соединением этой группы является магнетит Fе₃О₄.

В ферритах в результате сил обменного взаимодействия создается антипараллельная ориентация соседних атомных магнитных моментов. Однако эта ориентация не приводит к полной компенсации магнитных моментов отдельных ионов, что имеет место в случае антиферромагнетиков. Отсутствие компенсации намагниченностей подрешеток вызвано либо кристаллической неэквивалентностью узлов разных подрешеток, либо различием стройной структуры ионов и их ближайшего окружения в кристалле для разных подрешеток. Например, ионы одного элемента, но разной валентности в магнетике Fe₃O₄ – Fe²⁺ и Fe³⁺.

Поведение ферримагнетиков во внешнем поле Н во многом аналогично поведению ферромагнетиков: при ферримагнетизме также имеют место нелинейность кривых намагничивания, петли магнитного гистерезиса и т. д. Магнитное упорядочение в этих телах возникает под действием отрицательных обменных сил между электрическими диполями ближайших соседних магнитоактивных ионов d- или f- элементов в кристаллической решетке.

По своим электрическим свойствам ферримагнетики напоминают диэлектрики или полупроводники.

Магнитодиэлектрики. Магнитодиэлектрики представляют собой искусственные неоднородные ферромагнетики, состоящие из ферромагнитных частиц, связанных в единый конгломерат диэлектриком, образующим непрерывную диэлектрическую фазу. Каждая ферромагнитная частица магнитодиэлектрика окружена диэлектрической оболочкой. Магнитодиэлектрики могут быть как магнитомягкие, так и магнитожесткие.

К магнитомягким магнитодиэлектрикам относятся механически жесткие ферропласты, диэлектрической фазой которых являются высокомолекулярные соединения (бакелит, полистирол) или неорганические вещества (окислы металлов, тальк, стеклоэмали). Магнитная проницаемость магнитодиэлектриков находится в пределах 7,5∙10^-6 – 2,5∙10^-4 Тл/(А/м), достигая у некоторых 10^-3 Тл/(А/м). У эластичных низкокоэрцитивных магнитодиэлектриков (ферроэластов), у которых изоляционной фазой являются резина, полиэтилен или полихлорвинил Тл/(А/м).

Низкокоэрцитивные магнитодиэлектрики отличаются малыми потерями при перемагничивании и высокой стабильностью , мало изменяющейся при изменении частоты, напряженности поля и температуры. Низкокоэрцитивные магнитодиэлектрики широко применяются в качестве высокочастотных магнитных материалов со стабильными свойствами для сердечников катушек индуктивности и экранов, использующихся в радиотехнике, проводной связи, телевидении.

Высококоэрцитивные мигнитодиэлектрики, неэластичные магнитопласты и эластичные магнитоэласты находят применение в качестве постоянных магнитов. Магнитоэласты широко применяются для изготовления звуконосителей магнитной записи звука.

Поиск по сайту: