жение спинов у магнетиков. Этот метод открывает очень широкие перспективы для анализа магнитного состояния различных ве-ш,еств.

В заключение сделаем следующее замечание. Во всех рассмотренных магнитоупорядоченных структурах предполагалось коллинеарность спинов, т. е. равенство О и 180° угла между атомными магнитными моментами. В некоторых случаях имеет место неколлинеарность этих моментов. Основные типы неколлинеарных систем схематически изображены на рис. 1.55. Некоторые из этих типов будут в дальнейшем рассмотрены.

§ 1.13. Редкоземельные ферро-, ферри- и антиферромагнетики

Редкоземельные металлы (РЗМ), их сплавы, ряд соединений (например, редкоземельные ферриты), а также вещества,.в которые в качестве примесей входят редкоземельные ионы, привлекают все большее внимание ученых и инженеров, так как обладают специфическими свойствами, в том числе магнитными, и открывают перспективы для получения новых материалов с уникальными характеристиками.

РЗМ и близкие им по свойствам иттрий и скандий (часто рассматриваемые в этой группе) являются переходными элементами и, следовательно, обладают нескомпенсированными атомными магнитными моментами. Это, как отмечалось, связано с тем, что электронные оболочки имеют недостроенные слои. Для большинства РЗМ недостроен 4/-слой, а в некоторых из них, кроме того, 5с?-слой, иттрий имеет незаполненный 4с?-слой, а скандий - Зс?-слой. При рассмотрении явления ферромагнетизма было отмечено, что для элементов группы железа недостроенным является Зй-слой.

Существенное различие электронных конфигураций РЗМ и группы железа состоит в следующем. У РЗМ поверх недостроенного 4/-СЛ0Я находятся 5s- и 5р-слои, т. е. 4f-cлoй расположен как бы в толще атома и заэкранирован от внешних влияний наружными оболочками. У элементов группы железа Зс?-слой окружен только 45-слоем. Отсюда следует существенное различие природы магнитных свойств для этих групп веществ. Как отмечалось, у магнетиков группы железа магнитный момент в основном определяется спиновыми свойствами электронов, а рОль орбитального момента незначительна. Это видно из того, что ё-фактор близок к 2. Орбитальный момент под действием внутреннего кристаллического поля приобретает фиксированное положение в решетке, т. е. «замораживается». У РЗМ вследствие того, что 4f-cлoй заэкранирован 5s- и 5р-слоями, такого «замораживания» не происходит и орбитальный момент активно влияет на магнитные свойства. Поэтому, например, для Dy Я= 1,33, для Егя= 1,20.

Магнитные моменты изолированных атомов и ионов различных РЗМ можно подсчитать по формуле (1.34).

При этом, согласно правилу Хунда, при заполнении оболочек атомов у элементов первой подгруппы редкоземельного ряда (от

лантана до гадолиния) J=L-S, а для последующих элементов (от гадолиния до лютеция) /=L + S. Для Cd+ g=2 и, следовательно, L = 0 и / = S. Отсюда видно, что для первой подгруппы, называемой цезиевой, следует ожидать меньшие значения магнитных моментов, чем для второй подгруппы, называемой иттриевой. Магнитные моменты лантана и лютеция равны нулю. Этот вывод подтверждается расчетными и опытными данными.

Для РЗМ характерно то, что особенности внутренней электронной структуры изолированных атомов и

ионов сохраняются и в кристалле. i а блица 1.3.

Большинство РЗМ в определенном тем- Температуры G, и ©2 для пературном интервале обладают атомным некоторых РЗМ

магнитным порядком.

Шесть РЗМ - гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий и тулий - являются ферромагнетиками, но в пяти из них (за исключением гадолиния) наблюдается и антиферромагнетизм.

В табл. 1.3 приведены значения температур 01, при которых для указанных элементов имеет место переход ферромагнетизма в антиферромагнетизм, и температуры ©2 перехода в парамагнитное состояние. Для гадолиния точка Кюри 6 = 290 К.

Пять РЗМ являются антиферромагнетиками - церий, празеодим, неодим, самарий и европий.

Атомный магнитный порядок обусловлен, как и у ферромагнетиков группы железа, обменным взаимодействием. Его природа для РЗМ изучена еще недостаточно. Прямое обменное взаимодействие ввиду отсутствия перекрытия 4/-слоев невозможно. Следовательно, надо искать механизм косвенного взаимодействия. Предполагают, что оно может осуществляться через электроны проводимости, а также благодаря электронам 5s- и 5р-слоев, имеющих скомпенсированные спиновые моменты.

Большинство РЗМ обладает гексагональными плотноупакован-ными решетками. Однако имеют место и другие структуры - ромбоэдрическая (Sm), кубическая объемноцентрированная (Ег), кубическая гранецентрированная (Y) решетки с большим количеством модификаций.

Для РЗМ характерны следующие особенности магнитных свойств:

1) очень большие значения магнитной анизотропии. Значение К\ РЗМ на два-три порядка больше, чем Кх элементов группы железа. Это открывает широкие возможности получения материалов для постоянных магнитов с рекордными свойствами (см. § 2.18);

2) огромные значения магнитострикции, что также может найти техническое применение;

3) большое значение намагниченности насыщения (например, для Dy при О К /о~3000 кА/м, тогда как для Ре/о« 1750 кА/м).

Весьма перспективными с точки зрения практического использования являются интерметаллические содинения РЗМ с переходными Зс!-металлами. Наибольший интерес представляют соединения РЗМ с кобальтом. В основе большинства существующих структур такого рода лежит элементарная ячейка кристаллической структуры РЗМ С05, которую можно представить в виде двух подрешеток. Для легких РЗМ характерна параллельная ориентация магнитных моментов редкоземельной и кобальтовой подрешеток. Тяжелые РЗМ образуют ферримагнитные соединения с антипараллельным направлением подрешеточных магнитных моментов. Энергия магнитной кристаллографической анизотропии в этих веществах соизмерима с энергией межподрешеточного обменного взаимодействия.

Магнитные материалы на основе РЗМ являются основными материалами для микроэлектроники. Особый интерес представляют редкоземельные ферриты как наиболее перспективные материалы для создания ЦМД.

§ 1.14. Магнитные резонансы

Магнитные резонансы, обусловленные наличием у электронов и ядер спинового момента количества движения, могут быть получены для всех магнетиков при воздействии на них двух полей: постоянного магнитного поля Но и электромагнитного поля h с частотой а.

Сущность магнитного резонанса заключается в поглощении исследуемым веществом электромагнитной энергии при совпадении частоты переменного поля с частотой прецессии вектора магнитного момента, которым обладает отдельная частица и вещество в целом.

Различают естественные и искусственные магнитные резонансы. Искусственный резонанс наблюдается во всех типах магнитного состояния вещества при наличии двух внешних полей Но и h. Если вещество обладает сильным внутренним постоянным нолем, то при воздействии только одного внешнего электромагнитного поля возникает естественный магнитный резонанс.

В зависимости от того, с каким магнитным моментом взаимодействует электромагнитное поле h, выделяют две группы резонансов: ядерные магнитные резонансы (ЯМР); электронные магнитные резонансы (ЭМР).

Для ЯМР характерно взаимодействие h с магнитным моментом ядра Mi, для ЭМР - с магнитными моментами электрона или электронной оболочки в целом Mj.

Динамические процессы в магнитных резонансах определяются различными видами взаимодействий на атомном и молекулярном уровнях и в веществах в целом (спин-орбитальные, сверхтонкие, квадрупольные, обменные и т. д.). В простейшем случае воздействия электромагнитного поля h с амплитудой hm и частотой а на магнетик, помещенный в постоянное поле Яб, ориентированное