Antyferromagnetyzm

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
Antyferromagnetyczne ustawienie elementarnych momentów magnetycznych

Antyferromagnetyzm – magnetyczna struktura materiału, polegająca na antyrównoległym uporządkowaniu elementarnych momentów magnetycznych w podsieciach sieci krystalicznej[1]. Typowym przykładem antyferromagnetyzmu jest mangan. Antyferromagnetyzm występuje również w płaszczyznach CuO znajdujących się w większości badanych nadprzewodników wysokotemperaturowych.

Antyferromagnetyzm to szczególny przypadek ferrimagnetyzmu. Sieć antyferromagnetyku może być rozpatrywana jako wiele podsieci, z których w każdej momenty magnetyczne mają identyczny kierunek, ale przeciwne zwroty (np. dla antyferromagnetyka II rodzaju o sieci przestrzennie centrowanej (bcc) można wyróżnić 4 różne sieci o uporządkowaniu ferromagnetycznym - czyli dwie prostopadłe do siebie podsieci o uporządkowaniu antyferromagnetycznym). Wypadkowy moment magnetyczny całej sieci jest przy tym zerowy. Modyfikacja tego uporządkowania może jednak doprowadzić do wytworzenia spontanicznego namagnesowania całej sieci (taki efekt może być spowodowany zanieczyszczeniami lub wzajemnymi nachyleniami spinów, powodującymi, że nie będą równoległe do siebie). Minerały takie nazywamy niedoskonałymi antyferromagnetykami lub antyferrimagnetykami. Przykładem antyferrimagnetyka jest rozpowszechniony w przyrodzie minerał żelaza – hematyt.

Zjawisko antyferromagnetyzmu jest zależne od temperatury. Powyżej temperatury Néela uporządkowanie antyferromagnetyczne ulega zniszczeniu, a substancja staje się paramagnetyczna.

W przypadku hematytu jego antyferrimagnetyzm jest niszczony w temperaturze poniżej -10 °C. Wtedy to spiny układają się równolegle i hematyt staje się doskonałym paramagnetykiem.[potrzebny przypis]

Wyprowadzenie temperatury Néela (model Weissa)[2][edytuj | edytuj kod]

Podstawą matematycznego opisu antyferromagnetyka jest rozpatrywanie jego namagnesowania jako sumę namagnesowań podsieci, złożonych z momentów magnetycznych w tym samym kierunku i z tym samym zwrotem. Każde z nich jest źródłem indukcji pola magnetycznego - odpowiednio oraz co wyraża się wzorami:

gdzie jest stałą pola molekularnego, a wektor reprezentuje namagnesowanie podsieci.

Dla każdej z podsieci, namagnesowanie dane jest wzorem:

gdzie jest saturacją namagnesowania, jest funkcją Brillouina, jest czynnikiem Landego, magnetonem Bohra, liczbą kwantową całkowitego momentu pędu, stałą Boltzmana, a temperaturą.

Skoro namagnesowania podsieci są sobie co do wartości równe, to: , zatem: .

W celu rozwiązania tego równania stosujemy układ równań: , który po wykorzystaniu przybliżenia funkcji Brillouina, daje temperaturę graniczną (Néela):

,

powyżej której faza antyferromagnetyczna zanika, a materiał staje się paramagnetykiem.

Podatność magnetyczna antyferromagnetyka[2][edytuj | edytuj kod]

Podatność magnetyczna antyferromagnetyków zależy od wielkości zewnętrznego pola magnetycznego oraz od jego kierunku. Przy relacji prostopadłej między wektorem Néela () a indukcją pola magnetycznego (słabe pole), poniżej temperatury Néela podatność magnetyczna jest anizotropowa.

Również poniżej temperatury Néela, dla odpowiedniej wartości silnego pola magnetycznego ustawionego równolegle do wektora Néela następuje spin-flop.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. antyferromagnetyzm, [w:] Encyklopedia PWN [online] [dostęp 2021-10-14].
  2. a b Stephen Blundell, Magnetism in condensed matter, Oxford: Oxford University Press, 2001, ISBN 0-585-48360-4, OCLC 53956469 [dostęp 2022-02-21].[potrzebny numer strony]

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

  • Tadeusz Magiera: Wykorzystanie magnetometrii do oceny zanieczyszczenia gleb i osadów jeziornych, Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska PAN, Zabrze 2004 (ISBN 83-913824-8-6; PL ISSN 0208-4112)