римагнетиков такая компенсация отсутствуем Магнитный порядок сохраняется до температуры Г=0н (точки Нееля), выше которой вещество переходит в парамагнитное состояние.

Антиферромагнетикам свойственна специфическая температурная зависимость магнитной восприимчивости. На рис. 1.49, например, приведена кривая %=!{Т) антиферромагнетика МпО, из которой видно, что по мере повышения температуры, начиная от Г=ОК, магнитная восприимчивость возрастает, а после прохождения через

максимум, который наблюдается в точке Нееля, начинает падать. На участке 7>0н зависимость подчиняется закону Кюри - Вейсса, т. е. отвечает свойствам парамагнетика. Числовые значения для % показывают, что антиферромагнитный эффект количественно весьма мал (х~10~Ч--=-10-). Для некоторых редкоземельных металлов, обладающих антиферромагнетизмом, нижний температурный предел существования антиферромагнетизма Г>0 К. В области

200 500 Т.К

Рис. 1.49. Температурная зависимость магнитной восприимчивости антиферромагнетика МпО для различных значений намагничивающего поля

температур 7<Г." эти вещества находятсяобычно в ферромагнитном состоянии (см. § 1.13).

В слабых полях % антиферрр-магнетика практически не зависит от намагничивающего поля (х:const), в сильных полях х обычно является сложной функцией поля.

В монокристаллах антиферромагнетика наблюдается магнитная анизотропия, т. е. зависимость величины и характера изменения х от направления поля по отношению к кристаллографическим осям.

К антиферромагнетикам относятся: редкоземельные элементы (см. § 1.13), а также хром и марганец; многие оксиды, хлориды фториды, сульфиды, карбонаты переходных элементов (например, на основе марганца: МпО, МпЗг, MnFj, МпОг и др.; аналогично для Fe, Со, Ni, Сг, Си и др.).

Ферримагнетики приобрели свое название от ферритов - первой группы нескомпенсированных антиферромагнетиков, получивших большое и все увеличивающееся применение в технике.

Под ферритами понимают соединения оксида железа РегОз с оксидами других металлов, например соединения со структурной формулой МеО • РсгОз, где Ме+ - двухвалентный металл (железо, никель, марганец, цинк, кобальт, медь, кадмий, магний и др.). Одни из этих ферритов (такие, как никелевый ЫЮ-РегОз или марганцевый МпО-РегОз) обладают весьма сильными магнитными свойствами, другие (такие, как ZnO-PejOs и СбО-РегОз) немагнитны. Существуют ферриты и с иными структурными формулами.

Магнитные свойства ферритов впервые были изучены в 1878 г. В 1909 г. немецкому ученому Хильперту был выдан патент на кх из-

готовление. идновременно в России исследованиями ферритов как магнитного материала занимался В. П. Вологдин. Однако в то время ферриты не получили практического применения, так как в постоянных и низкочастотных магнитных полях их свойства ниже свойств металлических магнитных материалов, а высокочастотная техника, где их преимущества неоспоримы, была развита слабо. Особые свойства ферритов при работе в высокочастотном диапазоне объясняются тем, что их удельное электрическое сопротивление в миллиарды раз превышает сопротивление металлических ферромагнетиков. (Поэтому в электрическом отношении они относятся к классу полупроводников или диэлектриков.) Это практически исключает возникновение в ферритах вихревых токов при воздействии на них переменных магнитных полей, что в свою очередь позволяет применять ферриты в качестве магнитного материала в диапазоне частот до сотен мегагерц (вместо металлических материалов, применяемых в диапазоне частот до нескольких десятков килогерц).

В настоящее время используют сотни различных марок ферритов, отличающихся по химическому составу, кристаллической структуре, магнитным и другим свойствам. Помимо упомянутых одноком-понентных ферритов большое распространение получили двух- и многокомпонентные ферриты. Наиболее широко применяют магнитомягкие и магнитотвердые ферриты, ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса, ферриты для устройств СВЧ, ферриты с большой константой магнитострикции. Области и объем использования ферритов непрерывно расширяются.

Многие свойства ферримагнетиков, например Зависимости /= =f(Я), качественно аналогичны свойствам ферромагнетиков, но между этими группами веществ имеются и принципиальные различия. .

Рассмотрим, например, температурные зависимости намагниченности насыщения ферро- и ферримагнетиков.- Наиболее характерным для ферромагнетиков является существование точки Кюри. Для некоторых ферримагнетиков с повышением температуры интенсивность насыщения постепенно уменьшается, доходит до нуля,, начинает возрастать, а потом снова падает до нуля. При дальнейшем нагреве ферримагнетик остается парамагнитным. Температуру вторичного обращения интенсивности насыщения в нуль называют точкой Нееля, а температуру первичного обращения в; нуль - точкой компенсации.

Для ферритов также характерны значительно меньшие по сравнению с ферромагнетиками значения намагниченности насыщения и ряд других особенностей.

Специфические свойства антиферромагнетиков и ферримагнетиков нельзя было объяснить только с позиций ферромагнетизма. Потребовалось создание новой теории, которая во многом базируется на ранее разработанных в теории ферромагнетизма положениях.

Теоретическое обоснование явления антиферромагнетизма впервые было дано Л. Д. Ландау (1933). Л. Неель провел значи-

тельные исследования в этой области, поэтому теорию антиферромагнетизма и ферримагнетизма называют теорией Нееля. В дальнейшем эта теория получила существенное развитие в работах многих советских и зарубежных ученых.

Рассмотрим основные положения теории Нееля на примере ферритов со структурой шпинели.

Элементарная ячейка шпинели представляет собой куб с ребром fiRs8,5A. Для удобства этот куб можно разделить на восемь более мелких кубиков с ребрами а/2, называемыми октантами (рис. 1.50). Структура заштрихованных и светлых октантов различна.

Рис. 1.50. Схематическое изображение элементарной ячейки шпинельной структуры

Рис. 1.51. Схематическое изображение тетраэдрического (с) и октаэдрического (б) узлов

Всего элементарная ячейка шпинели содержит восемь «молекул» MeFe204, т. е. 32 иона кислорода, 16 ионов железа и 8 ионов двухвалентного металла М.е+. Ионы кислорода образуют гранецентрированную кубическую решетку. В промежутках между ионами кислорода находятся ионы металлов (черные кружки), окруженные четырьмя или шестью ионами кислорода (светлые кружки), как показано на рис. 1.51.

Неель рассматривал кристаллическую решетку шпинели, состоящую из двух подрешеток: одной из магнитных ионов металлов, находящихся ,в тетраэдрических промежутках (подрешетка А), и другой из ионов в октаэдрических промежутках (подрешетка В).

В элементарной решетке шпинели имеется всего 64 тетраэдриче-ских и 32 октаэдрических места (пустот). Из них заняты 8 тетраэд-рических (Л-узлы) и 16 октаэдрических (В-узлы) мест; 72 места остаются свободными. Ближайшие соседи какого-либо магнитного иона ,в подрешетке А принадлежат подрешетке В.

Неель распространил теорию молекулярного поля Вейсса на кристаллическую решетку шпинели. При этом он предположил, что между магнитными ионами подрешеток Л и В имеется сильное отрицательное взаимодействие типа АВ, приводящее к антипараллельному расположению спинов (магнитных моментов) подрешеток.