МАГНИ́ТНАЯ СТРУКТУ́РА А́ТОМНАЯ

МАГНИ́ТНАЯ СТРУКТУ́РА А́ТОМНАЯ, упо­ря­до­чен­ное про­стран­ст­вен­ное рас­по­ло­же­ние маг­нит­ных мо­мен­тов ато­мов в кри­стал­лах. Для воз­ник­но­ве­ния М. с. а. не­об­хо­ди­мо: на­ли­чие у ато­мов собств. маг­нитных мо­мен­тов, вслед­ст­вие че­го воз­мож­но об­ра­зо­ва­ние ре­зуль­ти­рую­ще­го спон­тан­но­го маг­нит­но­го мо­мен­та в ве­ще­ст­ве да­же в от­сут­ст­вие маг­нит­но­го по­ля; су­ще­ст­во­ва­ние об­мен­но­го взаи­мо­дей­ст­вия, при­во­дя­ще­го к по­яв­ле­нию ни­же темп-ры маг­нит­но­го упо­ря­до­че­ния не­ко­то­ро­го эф­фек­тив­но­го по­ля, ко­то­рое пре­одо­ле­ва­ет дез­ори­ен­ти­рую­щее дей­ст­вие те­п­ло­во­го дви­же­ния, в ре­зуль­та­те че­го воз­ни­ка­ет упо­ря­до­чен­ное рас­по­ло­же­ние маг­нит­ных мо­мен­тов.

На маг­нит­ный мо­мент ато­ма в твёр­дом те­ле дей­ст­ву­ет так­же ло­каль­ное элек­тро­ста­тич. по­ле, соз­да­вае­мое ок­ру­жаю­щи­ми ио­на­ми. Оно соз­да­ёт ло­каль­ную ось лёг­ко­го на­маг­ни­чи­ва­ния, вдоль ко­то­рой и рас­по­ла­га­ет­ся маг­нит­ный мо­мент ато­ма, и со­от­вет­ст­вую­щую энер­гию ло­каль­ной маг­нит­ной ани­зо­тро­пии. В ре­зуль­та­те кон­ку­рен­ции об­мен­ных взаи­мо­дей­ст­вий и ло­каль­ной маг­нит­ной ани­зо­тро­пии об­ра­зу­ет­ся М. с. а., ха­рак­тер ко­то­рой оп­ре­де­ля­ет­ся ве­ли­чи­ной и зна­ком как ин­те­гра­лов об­мен­ных взаи­мо­дей­ст­вий, так и кон­стант ло­каль­ной маг­нит­ной ани­зо­тро­пии.

Наиболее распространённые типы магнитных атомных структур.

Чис­ло М. с. а. в кри­стал­лах ве­ли­ко, и они бы­ва­ют дос­та­точ­но слож­ны­ми. Осн. ти­пы М. с. а. пред­став­ле­ны на рис. Са­мы­ми про­сты­ми яв­ля­ют­ся т. н. кол­ли­не­ар­ные М. с. а. К ним от­но­сят­ся: фер­ро­маг­нит­ная (напр., в Fe, Co, Ni и др.) (рис., а), ко­то­рая ха­рак­те­ри­зу­ет­ся па­рал­лель­ным даль­ним по­ряд­ком в рас­по­ло­же­нии атом­ных маг­нит­ных мо­мен­тов в кри­стал­ле и обес­пе­чи­ва­ет­ся пре­об­ла­даю­щи­ми по­ло­жи­тель­ны­ми об­мен­ны­ми взаи­мо­дей­ст­вия­ми; ан­ти­фер­ро­маг­нит­ная (напр., в ок­си­дах Mn, Co, Fe и хло­ри­дах Fe, Co, Ni) (рис., б), для ко­то­рой ха­рак­тер­но об­ра­зо­ва­ние двух взаи­мо­про­ни­каю­щих фер­ро­маг­нит­ных под­ре­шёток с ан­ти­па­рал­лель­но ори­ен­ти­ро­ван­ны­ми маг­нит­ны­ми мо­мен­та­ми, в ре­зуль­та­те че­го спон­тан­ная на­маг­ни­чен­ность об­раз­ца рав­на ну­лю (это обу­слов­ле­но тем, что об­мен­ные взаи­мо­дей­ст­вия ме­ж­ду под­ре­шёт­ка­ми яв­ля­ют­ся от­ри­ца­тель­ны­ми и пре­вы­ша­ют по аб­со­лют­ной ве­ли­чи­не маг­ни­ток­ри­стал­лич. взаи­мо­дей­ст­вия); фер­ри­маг­нит­ная (напр., в магне­ти­те Fe₃O₄, фер­ри­тах, ред­ко­зе­мель­ных ин­тер­ме­тал­ли­дах) (рис., в), ко­то­рая со­сто­ит из двух фер­ро­маг­нит­ных под­ре­шё­ток, маг­нит­ные мо­мен­ты ко­то­рых ори­ен­ти­ро­ва­ны на­встре­чу друг дру­гу за счёт от­ри­ца­тель­ных об­мен­ных взаи­мо­дей­ст­вий, од­на­ко в от­ли­чие от ан­ти­фер­ро­маг­не­тиков эти маг­нит­ные мо­мен­ты не рав­ны друг дру­гу, в ре­зуль­та­те че­го ни­же темп-ры маг­нит­но­го упо­ря­до­че­ния об­ра­зу­ет­ся ре­зуль­ти­рую­щая спон­тан­ная на­маг­ни­чен­ность.

В не­ко­то­рых ве­ще­ст­вах (ред­ко­зе­мель­ный ор­то­фер­рит TbFeO₃, ге­ма­тит Fe₂O₃, СoCO₃ и др.) ком­би­на­ция об­мен­но­го и спин-ор­би­таль­но­го взаи­мо­дей­ст­вий при­во­дит к то­му, что маг­нит­ные мо­мен­ты под­ре­шё­ток ста­но­вят­ся не стро­го ан­ти­па­рал­лель­ны­ми, вслед­ст­вие че­го воз­ни­ка­ет сла­бый фер­ро­маг­нит­ный мо­мент. Та­кая М. с. а. на­зы­ва­ет­ся сла­бой фер­ро­маг­нит­ной (рис., г) и от­но­сит­ся к сла­бо­не­кол­ли­не­ар­ным М. с. а. К это­му же ти­пу струк­тур от­но­сит­ся и сла­бо­не­кол­ли­не­ар­ная мно­го­под­ре­шё­точ­ная ан­ти­фер­ро­маг­нит­ная струк­ту­ра (напр., в Cr₂O₃) (рис., д).

Пе­рио­дич. маг­нит­ные струк­ту­ры ха­рак­те­ри­зу­ют­ся пе­рио­дич. из­ме­не­ни­ем ком­по­нент атом­ных маг­нит­ных мо­мен­тов вдоль не­ко­то­рых кри­стал­ло­гра­фич. на­прав­ле­ний. Ча­ст­ным слу­ча­ем яв­ля­ют­ся спи­раль­ные маг­нит­ные струк­ту­ры, напр. ан­ти­фер­ро­маг­нит­ная спи­раль в Eu, Tb, Dy, Ho, MnAu₂ (рис., е). Эту струк­ту­ру мож­но пред­ста­вить как по­сле­до­ва­тель­ность атом­ных плос­ко­стей, в ка­ж­дой из ко­то­рых маг­нит­ные мо­мен­ты ато­мов па­рал­лель­ны и об­ра­зу­ют маг­нит­ный слой, в то вре­мя как при пе­ре­ме­ще­нии вдоль оси спи­ра­ли маг­нит­ные мо­мен­ты со­сед­них сло­ёв по­во­ра­чи­ва­ют­ся на не­ко­то­рый угол. Та­ким об­ра­зом, про­ек­ции маг­нит­ных мо­мен­тов сло­ёв S_x и S_y на кри­стал­ло­гра­фич. оси в плос­ко­сти сло­ёв ос­цил­ли­ру­ют. Ре­зуль­ти­рую­щий маг­нит­ный мо­мент ан­ти­фер­ро­маг­нит­ной спи­ра­ли ра­вен ну­лю. В слу­чае ес­ли S_x и S_y ос­цил­ли­руют, а про­ек­ция маг­нит­но­го мо­мен­та на ось спи­ра­ли S_z яв­ля­ет­ся по­сто­ян­ной и от­лич­ной от ну­ля, по­лу­ча­ет­ся фер­ромаг­нит­ная спи­раль с не­ко­то­рым ре­зуль­ти­рую­щим мо­мен­том (напр., в Er, Ho) (рис., ж). Ес­ли S_z то­же ос­цил­ли­ру­ет, то об­ра­зу­ет­ся струк­ту­ра, на­зы­вае­мая слож­ной маг­нит­ной спи­ра­лью (напр., в ТbMn₂) (рис., з).

Об­на­ру­же­ны пе­рио­дич. маг­нит­ные струк­ту­ры, пе­рио­ды ко­то­рых не свя­за­ны с пе­рио­дом кри­стал­лич. ре­шёт­ки (не­со­раз­мер­ные струк­ту­ры), а так­же мо­ду­ли­ро­ван­ные пе­рио­дич. маг­нит­ные струк­ту­ры (спин-слип-струк­ту­ры). К осо­бой груп­пе М. с. а. от­но­сят­ся т. н. по­лу­пе­рио­ди­че­ские струк­ту­ры, напр. про­доль­ная спи­но­вая вол­на, в ко­то­рой S_x=0 и S_y=0, а ком­по­нен­та S_z ос­цил­ли­ру­ет (напр., в Сr, Er, MnSe₂, NpAs) (рис., и).

Боль­шую часть ин­фор­ма­ции об М. с. а. по­лу­ча­ют с по­мо­щью маг­нит­ной ней­тро­но­гра­фии.