Взаимодействие типов ЛА и ВВ по сравнению с АВ мало. При равенстве магнитных моментов подрешеток А и В имеет место антиферромагнетизм. Если магнитные моменты А и В не равны между собой, значит существует ферримагйетизм.

Ионы двухвалентного металла Ме+ и трехвалентного железа Ре+ в решетке ферритов МеО-РегОз могут быть расположены по-разному, образуя при этом один из двух типов шпинели: прямую (нормальную) или обращенную.

В прямой шпинели М.е+ занимает тетраэдрические пустоты А, а Ре+ -

октаэдрические пустоты В. В структу- h-"--- 3y/ibmupgrj:j,sr

ре прямой шпинели кристаллизуются W--f

ферриты цинка и кадмия. Прямые шпинели немагнитны.

В обращенной шпинели в тетраэд-рических промежутках находится половина ионов Ре2+, а в октаэдриче- Рис. 1.52. Схематическое изоб-ских - вторая половина ионов Ре+ и Р»жение зависимости h=f(T) и ионы Ме+ В структуре обращенной ГЦш. ?ля §Гер?ит™; шпинели кристаллизуются ферриты с точкой компенсации

никеля, марганца, магния, меди, кобальта и некоторых других элементов. Обращенные шпинели сильно магнитны.

Условно два указанных типа шпинелей обозначают следующим образом: Ме2+[Ре+ ]04 -прямая шпинель; РеЗ+[Ме2+РеЗ+] О4 - обращенная шпинель. Ионы, занимающие тетраэдрические узлы, написаны перед квадратными скобками, а ионы, занимающие октаэдрические узлы, - в скобках.

. Расчеты, проведенные в соответствии с теорией Нееля, объясняют многие не ясные ранее положения, встречающиеся на практике.. Покажем это на примере.

По данным Вейсса, магнитный момент М молекулы феррита железа РеО-РегОз (магнетита), определенный опытным путем, равен 4,08 рв. Если бы все нескомпенсированные моменты молекулы магнетита были расположены параллельно друг другу, то М должен был бы равняться 14 рв, так как Л1з+ = 5рв, а М2+= 4 рв.Магнетит кристаллизуется в структуре обращенной шпинели, т. е. его структурная формула имеет вид

Рез+ [Рез+Ре2+] О4. Суммарный магнитный момент

что хорошо согласуется с данными опыта.

Становится понятным также аномальный характер зависимости I=f{T) и наличие точки компенсации для некоторых ферритов.

На рис. 1.52 точка Тк является точкой компенсации, а ©н - точкой Нееля. Из приведенных кривых и общих положений теории Нееля следует также, что намагниченность насыщения ферритов не может быть большой. Действительно, h ферритов в несколько раз меньше h ферромагнитных материалов, у которых имеет место параллельное расположение спинов.

Аналогично можно рассмотреть ферриты и с другими кристаллическими структурами- граната, перовскита, магнетоплумбита и т. д. При этом число подрешеток может быть больше двух.

Для объяснения выдвинутого Неелем положения об энергетической выгодности антипараллельного расположения соседних спинов теории ферромагнетизма оказалось недостаточно.

Действительно, как было показано в § 1.6, самопроизвольной антипараллельной ориентации соседних спинов соответствует отрицательное обменное взаимодействие, что имеет место, если расстояние между соседними магнитными атомами достаточно мало (см. рис. 1.17). Этим можно объяснить антиферромагнитные свойства хрома и марганца. Однако во многих антиферромагнитных соединениях между магнитоактивными катионами переходных металлов расположены магнитонейтральные анионы О-, Fe-, s" и т. п. В результате этого магнитные ионы оказываются столь удаленными друг от друга, что прямое обменное взаимодействие между ними пренебрежимо мало.

Между тем расчеты, основанные на опытных данных по измерению точки Нееля, показывают, что причиной возникновения атомного магнитного порядка для рассматриваемых групп магнетиков (антиферромагнетиков и ферримагнетиков), так же как и для ферромагнетиков, являются электростатические силы обменного происхождения (магнитное взаимодействие слишком мало).

В этом случае имеет место так называемое косвенное (сверхобменное) взаимодействие. Рассмотрим механизм этого вазимодей-ствия на примере антиферромагнитного соединения МпО.

Из рис. 1.53 видно, что ближайшими соседя.ми металлических ионов являются ионы кислорода. Ион кислорода имеет электронную оболочку со структурой ls2, 2s2, 2рб.

Каждая пара 2р-электронов с противоположно направленными спинами находится на орбите типа восьмерки (рис. 1.54). Пока 2р-оболочка иона О- заполнена, кислород не может принять участие в косвенном обмене, а прямой обмен между ионами Мп+ невозможен ввиду отсутствия перекрытия орбит электронов.

Предположим, что хотя бы один электрон кислорода занял место в Зс?-оболочке иона Nin+. Поскольку у марганца Зс?-оболочка уже заполнена наполовину (содержит 5 электронов из возможных 10), то, согласно правилу Хунда, спин перешедшего электрона должен быть направлен антипараллельно спинам Зс?-электронов марганца. При этом ион кислорода становится парамагнитным (маг-нитоактивным), в результате чего создаются условия для возникновения непосредственной обменной связи с соседними ионами металлов, за исключением иона металла, захватывающего 2р-элек-

трон. Если волновые функции достаточно сильно перекрываются, обменное взаимодействие может быть антиферромагнитным.

Энергия, обусловленная косвенным обменом, зависит от взаимного расположения ионов. Например; ввиду вытянутой формы орбит электронов 2р и 3d наивыгоднейшим является расположение ионов по одной прямой с наименьшими расстояниями между ними.

Теоретические представления о характере антиферромагнитных и ферримагнитных структур получили подтверждение благодаря опытам с применением методов нейтронной дифракции. Нейтрон-

, Ион Мп /И0НО~

Рис. 1.53. Кубическая решетка кристалла МпО

Рис. 1.54. Перекрытие волновых функций электронов 2р иона О-и электронов 3d ионов Мп-""

ные лучи взаимодействуют только с электронной оболочкой, обладающей нескомпенсированным спиновым магнитным моментом, и с ядром атома. При этом интенсивность рассеяния зависит от направлений магнитных моментов атомов или ионов, что позволяет путем анализа дифракции нейтронных лучей определять располо-

у ч X ч

гГ Ч > Ч

> > >

& &

Рис. 1.55. Схематическое изображение неколлинеарных типов

атомных структур: а - слабоферромагнитная; б - слабонеколлинеарная антиферромагннтная: е - треугольная; г-простая винтовая; а - ферромагнитная винтовая (геликоидальная)