Antiferromagnetisme - Antiferromagnetism
| Fysikk av kondensert materie |
|---|
 |
| Faser · Faseovergang · QCP |
Ved materialer som oppviser antiferromagnetism , de magnetiske momenter av atomer eller molekyler , vanligvis i forbindelse med spinnet av elektroner , justere i et regelmessig mønster med nabo spinn (på forskjellige sublattices) som peker i motsatte retninger. Dette er, i likhet med ferromagnetisme og ferrimagnetisme , en manifestasjon av ordnet magnetisme .
Vanligvis kan antiferromagnetisk orden eksistere ved tilstrekkelig lave temperaturer, men forsvinner ved og over Néeltemperaturen - oppkalt etter Louis Néel , som først hadde identifisert denne typen magnetisk bestilling. Over Néeltemperaturen er materialet vanligvis paramagnetisk .
Mål
Når det ikke påføres noe eksternt felt, tilsvarer den antiferromagnetiske strukturen en total magnetisering som forsvinner. I et eksternt magnetfelt kan en slags ferrimagnetisk oppførsel vises i den antiferromagnetiske fasen, med absolutt verdi av en av undergittermagnetiseringene som er forskjellig fra den for det andre undergitteret, noe som resulterer i en nettmagnetisering uten null. Selv om nettomagnetiseringen bør være null ved en temperatur på absolutt null , får effekten av spinnskramming ofte en liten nettomagnetisering til å utvikle seg, som for eksempel sett i hematitt .
Den magnetiske følsomheten til et antiferromagnetisk materiale viser vanligvis et maksimum ved Néeltemperaturen. Derimot, ved overgangen mellom de ferromagnetiske til de paramagnetiske fasene, vil mottakeligheten avvike. I det antiferromagnetiske tilfellet observeres en divergens i den forskjøvne følsomheten .
Ulike mikroskopiske (utvekslings) interaksjoner mellom de magnetiske øyeblikkene eller spinnene kan føre til antiferromagnetiske strukturer. I det enkleste tilfellet kan man vurdere en Ising -modell på et todelt gitter, f.eks. Det enkle kubiske gitteret , med koblinger mellom spinn på nærmeste nabosteder. Avhengig av tegn på denne interaksjonen, vil det oppstå ferromagnetisk eller antiferromagnetisk rekkefølge. Geometrisk frustrasjon eller konkurrerende ferro- og antiferromagnetiske interaksjoner kan føre til forskjellige og kanskje mer kompliserte magnetiske strukturer.
Forholdet mellom magnetisering og magnetiseringsfeltet er ikke-lineært som i ferromagnetiske materialer . Dette faktum skyldes bidraget fra hysteresesløyfen , som for ferromagnetiske materialer innebærer en gjenværende magnetisering .
Antiferromagnetiske materialer
Antiferromagnetiske strukturer ble først vist gjennom nøytrondiffraksjon av overgangsmetalloksider som nikkel, jern og manganoksider. Eksperimentene, utført av Clifford Shull , ga de første resultatene som viste at magnetiske dipoler kunne orienteres i en antiferromagnetisk struktur.
Antiferromagnetiske materialer forekommer ofte blant overgangsmetallforbindelser , spesielt oksider. Eksempler inkluderer hematitt , metaller som krom , legeringer som jernmangan (FeMn) og oksider som nikkeloksid (NiO). Det er også mange eksempler blant metalklynger med høy kjernekraft. Organiske molekyler kan også utvise antiferromagnetisk kobling under sjeldne omstendigheter, sett i radikaler som 5-dehydro-m-xylylene .
Antiferromagnets kan par til ferromagnets , for eksempel, gjennom en mekanisme som er kjent som utveksling skjevhet , i hvilken den ferromagnetiske filmen enten dyrkes på antiferromagnet eller glødes i en innretting magnetisk felt, som forårsaker overflateatomer i det ferromagnet for å flukte med overflaten atomer antiferromagneten. Dette gir muligheten til å "feste" orienteringen til en ferromagnetisk film, som gir en av hovedbruksområdene i såkalte spinnventiler , som er grunnlaget for magnetiske sensorer, inkludert moderne harddiskleserhoder . Temperaturen ved eller over et antiferromagnetisk lag mister sin evne til å "feste" magnetiseringsretningen til et tilstøtende ferromagnetisk lag kalles blokkeringstemperaturen for det laget og er vanligvis lavere enn Neleltemperaturen.
Geometrisk frustrasjon
I motsetning til ferromagnetisme kan anti-ferromagnetiske interaksjoner føre til flere optimale tilstander (jordtilstander-tilstander med minimal energi). I en dimensjon er den anti-ferromagnetiske jordtilstanden en vekslende serie spinn: opp, ned, opp, ned, etc. Likevel kan det i to dimensjoner oppstå flere jordtilstander.
Tenk på en likesidet trekant med tre spinn, en på hvert toppunkt. Hvis hvert spinn bare kan ta to verdier (opp eller ned), er det 2 3 = 8 mulige tilstander i systemet, hvorav seks er jordtilstander. De to situasjonene som ikke er grunnstater er når alle tre spinnene er oppe eller alle er nede. I noen av de andre seks statene vil det være to gunstige interaksjoner og en ugunstig. Dette illustrerer frustrasjon : systemets manglende evne til å finne en enkelt grunntilstand. Denne typen magnetisk oppførsel har blitt funnet i mineraler som har en krystallstabelstruktur, for eksempel et Kagome -gitter eller sekskantet gitter .
Andre eiendommer
Syntetiske antiferromagneter (ofte forkortet av SAF) er kunstige antiferromagneter som består av to eller flere tynne ferromagnetiske lag atskilt med et ikke -magnetisk lag. Dipolkobling av de ferromagnetiske lagene resulterer i en parallell justering av magnetiseringen av ferromagneter.
Antiferromagnetism spiller en avgjørende rolle i gigantiske magneto , som hadde blitt oppdaget i 1988 av Nobelprisvinnere Albert Fert og Peter Grünberg (tildelt i 2007) ved hjelp av syntetiske antiferromagnets.
Det er også eksempler på uordnede materialer (for eksempel jernfosfatglass) som blir antiferromagnetiske under Néeltemperaturen. Disse uordnede nettverkene "frustrerer" antiparallelismen til tilstøtende spinn; dvs. det er ikke mulig å konstruere et nettverk hvor hvert spinn er omgitt av motsatte nabospinn. Det kan bare fastslås at den gjennomsnittlige korrelasjonen mellom nabospinn er antiferromagnetisk. Denne typen magnetisme kalles noen ganger speromagnetisme .
Et interessant fenomen forekommer i anisotrope Heisenberg antiferromagneter i et felt, hvor spin-flop og supersolid faser kan stabiliseres. Den siste fasen har blitt beskrevet først av Takeo Matsubara og H. Matsuda i 1956.
Se også
Referanser
Eksterne linker
-
Medier relatert til antiferromagnetisme på Wikimedia Commons - Magnetisme: modeller og mekanismer i E. Pavarini, E. Koch og U. Schollwöck: Emergent Phenomena in Correlated Matter, Jülich 2013, ISBN 978-3-89336-884-6
