Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Магниттік моменттің реттелген үлгісі
Regular pattern of magnetic moment ordering
Антиферромагнетизм көрсететін материалдарда атомдар немесе молекулалардың магниттік моменттері, әдетте электрон спиндерімен байланысты, көршілес спиндермен (әр түрлі төртіншілерде) қарама-қарсы бағытта реттелген үлгіде орналасады. Бұл, ферромагнетизм және ферримагнетизм сияқты, реттелген магнетизмнің бір көрінісі. Антиферромагнетизм құбылысын алғаш рет Лев Ландау 1933 жылы енгізді. Әдетте, антиферромагниттік реттелу жеткілікті төмен температурада пайда болады, бірақ Нель температурасында және одан жоғары температурада жоғалады. Бұл температура Луи Нельдің есімімен аталады, ол Батыста алғаш рет осы типтегі магниттік реттелуді анықтаған. Нель температурасынан жоғары материал әдетте парамагниттік болады.
In materials that exhibit antiferromagnetism, the magnetic moments of atoms or molecules, usually related to the spins of electrons, align in a regular pattern with neighboring spins (on different sublattices) pointing in opposite directions. This is, like ferromagnetism and ferrimagnetism, a manifestation of ordered magnetism. The phenomenon of antiferromagnetism was first introduced by Lev Landau in 1933. Generally, antiferromagnetic order may exist at sufficiently low temperatures, but vanishes at and above the Néel temperature – named after Louis Néel, who had first in the West identified this type of magnetic ordering. Above the Néel temperature, the material is typically paramagnetic.
Өлшем
Сыртқы өріс қолданылмаған кезде антиферромагниттік құрылым толық магниттеудің нөлге теңесуіне сәйкес келеді. Сыртқы магнит өрісінде антиферромагниттік фазада ферримагниттік сипаттағы мінез-құлық байқалуы мүмкін, мұнда біршешіктің магниттеуінің абсолюттік шамасы екінші шешіктің магниттеуінен өзгеше болып, нөлдік емес таза магниттеуге алып келеді. Абсолюттік нөл температурасында таза магниттеу нөл болуға тиіс болса да, спиннің бұрылу әсері гематиттегідей шағын таза магниттеудің пайда болуына себеп болады. Антиферромагниттік материалдың магниттік қабылдағыштығы әдетте Нель температурасында максималды мәнге жетеді. Керісінше, ферромагниттік фазадан парамагниттік фазаға өту кезінде қабылдағыштық шексіздікке ұшырайды. Антиферромагниттік жағдайда, реттелген қабылдағыштықта айырмашылық байқалады. Магниттік моменттер немесе спиндер арасындағы әртүрлі микроскопиялық (алмасу) өзара әрекеттесулер антиферромагниттік құрылымдардың пайда болуына әкелуі мүмкін. Ең қарапайым жағдайда, екі бөлікті тордағы, мысалы, қарапайым текше тордағы Ising моделін қарастыруға болады, мұнда спиндер жақын орналасқан түйіндерде байланыстырылған. Бұл өзара әрекеттесудің таңбасына байланысты ферромагниттік немесе антиферромагниттік рет пайда болады. Геометриялық бұзылулар немесе бәсекелес ферро және антиферромагниттік өзара әрекеттесулер әртүрлі және, мүмкін, күрделі магниттік құрылымдарға алып келуі мүмкін. Магниттеу және магниттеу өрісі арасындағы байланыс ферромагниттік материалдардағыдай сызықтық емес. Бұл факт гистерезис циклдің әсеріне байланысты, ол ферромагниттік материалдар үшін қалдық магниттеуді қамтиды.
When no external field is applied, the antiferromagnetic structure corresponds to a vanishing total magnetization. In an external magnetic field, a kind of ferrimagnetic behavior may be displayed in the antiferromagnetic phase, with the absolute value of one of the sublattice magnetizations differing from that of the other sublattice, resulting in a nonzero net magnetization. Although the net magnetization should be zero at a temperature of absolute zero, the effect of spin canting often causes a small net magnetization to develop, as seen for example in hematite. The magnetic susceptibility of an antiferromagnetic material typically shows a maximum at the Néel temperature. In contrast, at the transition between the ferromagnetic to the paramagnetic phases the susceptibility will diverge. In the antiferromagnetic case, a divergence is observed in the staggered susceptibility. Various microscopic (exchange) interactions between the magnetic moments or spins may lead to antiferromagnetic structures. In the simplest case, one may consider an Ising model on a bipartite lattice, e. g. the simple cubic lattice, with couplings between spins at nearest neighbor sites. Depending on the sign of that interaction, ferromagnetic or antiferromagnetic order will result. Geometrical frustration or competing ferro and antiferromagnetic interactions may lead to different and, perhaps, more complicated magnetic structures. The relationship between magnetization and the magnetizing field is non linear like in ferromagnetic materials. This fact is due to the contribution of the hysteresis loop, which for ferromagnetic materials involves a residual magnetization.
Антиферромагниттік материалдар
Антиферромагниттік құрылымдар алғаш рет никель, темір және марганец оксидтері сияқты өтпелі металл оксидтерінің нейтрондық дифракциясы арқылы анықталды. Клиффорд Шалл жүргізген тәжірибелер магниттік дипольдердің антиферромагниттік құрылымда бағытталуы мүмкін екенін көрсеткен алғашқы нәтижелерді берді. Антиферромагниттік материалдар көбінесе өтпелі металл қосылыстарының арасында, әсіресе оксидтерде кездеседі. Мысалдарға гематит, хром сияқты металдар, темір-марганец (FeMn) сияқты қорытпалар және никель оксиді (NiO) сияқты оксидтер жатады. Жоғары ядролық металл кластерлерінде де көптеген мысалдар бар. Органикалық молекулалар да сирек жағдайларда антиферромагниттік байланысты көрсете алады, мысалы, 5-дегидром-м-ксилилен сияқты радикалдарда байқалатындай. Антиферромагниттер алмасулық бейімделу механизмі арқылы ферромагниттермен байланыса алады, онда ферромагниттік пленка антиферромагниттің үстіне өсіріледі немесе бағытталған магнит өрісінде қайтадан кристалдандырылады, бұл ферромагниттің беткі атомдарын антиферромагниттің беткі атомдарымен сәйкестендіреді. Бұл ферромагниттік пленканың бағытын "бекітуге" мүмкіндік береді, бұл қазіргі заманғы қатты дискілердің оқу бастарына қоса, магниттік сенсорлардың негізі болып табылатын спин клапандарының маңызды қолданыстарының бірі болып табылады. Антиферромагниттік қабаттың жанындағы ферромагниттік қабаттың магниттену бағытын "бекіту" қабілетін жоғалтатын температура немесе одан жоғары температура сол қабаттың тоқтау температурасы деп аталады және әдетте Нель температурасынан төмен болады.
Antiferromagnetic structures were first shown through neutron diffraction of transition metal oxides such as nickel, iron, and manganese oxides. The experiments, performed by Clifford Shull, gave the first results showing that magnetic dipoles could be oriented in an antiferromagnetic structure. Antiferromagnetic materials occur commonly among transition metal compounds, especially oxides. Examples include hematite, metals such as chromium, alloys such as iron manganese (FeMn), and oxides such as nickel oxide (NiO). There are also numerous examples among high nuclearity metal clusters. Organic molecules can also exhibit antiferromagnetic coupling under rare circumstances, as seen in radicals such as 5 dehydro m xylylene. Antiferromagnets can couple to ferromagnets, for instance, through a mechanism known as exchange bias, in which the ferromagnetic film is either grown upon the antiferromagnet or annealed in an aligning magnetic field, causing the surface atoms of the ferromagnet to align with the surface atoms of the antiferromagnet. This provides the ability to "pin" the orientation of a ferromagnetic film, which provides one of the main uses in so called spin valves, which are the basis of magnetic sensors including modern hard disk drive read heads. The temperature at or above which an antiferromagnetic layer loses its ability to "pin" the magnetization direction of an adjacent ferromagnetic layer is called the blocking temperature of that layer and is usually lower than the Néel temperature.
Геометриялық күйзеліс
Ферромагнетизмнен өзгеше, антиферромагниттік өзара әрекеттесулер бірнеше ең қолайлы күйлерге (негізгі күйлер – ең төмен энергиялы күйлер) алып келуі мүмкін. Бір өлшемде антиферромагниттік негізгі күй – спиндердің кезектесіп орналасуы: жоғары, төмен, жоғары, төмен, және т.б. Бірақ екі өлшемде бірнеше негізгі күйлер пайда болуы мүмкін. Теңқабыршалы үшбұрышты қарастырайық, оның әр төбесінде бір спин орналасқан. Егер әр спин тек екі мәнді (жоғары немесе төмен) қабылдаса, жүйенің 2³ = 8 мүмкін күйі болады, олардың алтауы негізгі күйлер. Негізгі күй емес екі жағдай – барлық үш спин де жоғары немесе барлық үш спин де төмен болғанда. Ал қалған алты күйдің кез келгенінде екі жағымды және бір жағымсыз өзара әрекеттесу болады. Бұл – жүйенің жалғыз негізгі күйді таба алмауы, яғни қанағаттанбаушылық. Мұндай магниттік мінез-құлық кристаллдық үйіліс құрылымы бар минералдарда, мысалы Кагоме торы немесе алтыбұрышты торында кездеседі.
Unlike ferromagnetism, anti ferromagnetic interactions can lead to multiple optimal states (ground states—states of minimal energy). In one dimension, the anti ferromagnetic ground state is an alternating series of spins: up, down, up, down, etc. Yet in two dimensions, multiple ground states can occur. Consider an equilateral triangle with three spins, one on each vertex. If each spin can take on only two values (up or down), there are 23 = 8 possible states of the system, six of which are ground states. The two situations which are not ground states are when all three spins are up or are all down. In any of the other six states, there will be two favorable interactions and one unfavorable one. This illustrates frustration: the inability of the system to find a single ground state. This type of magnetic behavior has been found in minerals that have a crystal stacking structure such as a Kagome lattice or hexagonal lattice.
Басқа қасиеттері
Синтетикалық антиферромагниттер (көбінесе SAF деп қысқартылады) – екі немесе одан көп жұқа ферромагниттік қабаттардан тұратын, магниттік емес қабатпен бөлінген жасанды антиферромагниттер. Ферромагниттік қабаттардың дипольдік байланысы ферромагниттердің магниттелуінің антипараллельдік бағытталуына әкеледі. Антиферромагнетизм гиганттық магниттік кедергіде маңызды рөл атқарады, оны 1988 жылы Нобель сыйлығының иегерлері Альберт Ферт пен Питер Грюнберг (2007 жылы марапатталған) синтетикалық антиферромагниттерді пайдаланып тапқан. Сондай-ақ, ретсіз материалдардың (мысалы, темір фосфатты шынылар) Néel температурасынан төмен антиферромагниттікке айналатын мысалдары бар. Бұл ретсіз желілер жақын спиндердің антипараллельдігін «қиындыққа түсіреді»; яғни, әрбір спин қарама-қарсы көрші спиндермен қоршалған желі құру мүмкін емес. Тек жақын спиндердің орташа корреляциясы антиферромагниттік екенін анықтауға болады. Магнетизмнің бұл түрі кейде сперромагнетизм деп аталады.
Synthetic antiferromagnets (often abbreviated by SAF) are artificial antiferromagnets consisting of two or more thin ferromagnetic layers separated by a nonmagnetic layer. Dipole coupling of the ferromagnetic layers results in antiparallel alignment of the magnetization of the ferromagnets. Antiferromagnetism plays a crucial role in giant magnetoresistance, as had been discovered in 1988 by the Nobel prize winners Albert Fert and Peter Grünberg (awarded in 2007) using synthetic antiferromagnets. There are also examples of disordered materials (such as iron phosphate glasses) that become antiferromagnetic below their Néel temperature. These disordered networks 'frustrate' the antiparallelism of adjacent spins; i. e. it is not possible to construct a network where each spin is surrounded by opposite neighbour spins. It can only be determined that the average correlation of neighbour spins is antiferromagnetic. This type of magnetism is sometimes called speromagnetism.