Основы физики и технологии оксидных полупроводников. Брусенцов Ю.А - 27 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Рис. 32 Перекрытие d- и p-функций,
когда орбиты e
g
-катиона
заполнены наполовину
Рис. 33 Перекрытие d- и p- функций
(
2
z
d
наполовину заполнено,
а состояние
22
yx
d
−
не заполнено)
На рис. 33 изображена антиферромагнитная упорядоченная структура, где имеется ферромагнитная связь в
горизонтальных плоскостях и антиферромагнитная между этими плоскостями. Примером такой структуры может служить
La
3+
Mn
3+
O
3
и Mn
3+ −
3
F . У Mn
3+
одна из двух e
g
-орбит (x
2
– y
2
; z
2
) не заполнена, поэтому в упорядоченной структуре в
горизонтальных плоскостях возникает ферромагнитное взаимодействие (рис. 30,
в), а между горизонтальными плоскостями
– антиферромагнитная связь (рис. 30,
б).
Свойства ферритов в значительной степени определяются их структурой. Различают несколько типов структур
ферритов. Наибольшее применение в технике нашли:
1
Феррошпинели – ферриты со структурой природного минерала шпинели MgAl
2
O
4
.
2
Феррогранаты – ферриты со структурой минерала граната Ca
3
Al
2
(SiO
4
)
3
.
3
Гексаферриты – ферриты с гексагональной структурой, изоморфной структуре минерала магнетоплюмбита
PbFe
7,5
Mn
3,5
Al
0,5
Ti
0,5
⋅ O
19
.
4
Ортоферриты – ферриты с ромбически искаженной структурой минерала перовскита CaTiO
3
.
8.4 Ферриты со структурой шпинели
Ферриты со структурой шпинели – ферримагнетики. Ферримагнетики аналогичны антиферромагнетикам, так как
отрицательное обменное взаимодействие приводит к антипараллельной ориентации подрешеток. Причем магнитные
моменты подрешеток различны по величине, поэтому результирующий магнитный момент в такой структуре отличен от
нуля. Ферримагнетик можно считать нескомпенсированным антиферромагнетиком.
Химическая формула простых феррит-шпинелей может быть представлена в виде MFe
2
O
4
, где М – катион
двухвалентного металла (исключение составляет феррит одновалентного лития – Li
2
O ⋅ 5Fe
2
O
3
).
Структура феррошпинели представляет собой плотнейшую кубическую гранецентрированную упаковку анионов О
2-
с
замещением катионами М
2+
и Fe
3+
1/8 всех тетраэдрических и 1/2 октаэдрических пустот. При плотной упаковке анионов О
2-
в элементарной ячейке шпинели образуется 64 тетраэдрических и 32 октаэдрических пустоты. Элементарную ячейку
феррошпинели можно условно разбить на 8 отдельных октантов с ребрами, равными половине параметра ячейки (рис. 34).
Элементарная ячейка содержит восемь формульных единиц МFe
2
O
4
, т.е. 8
катионов М
2+
, 16 катионов Fe
3+
и 32 аниона кислорода О
2-
.
В тетраэдрических и октаэдрических пустотах находятся
16 катионов трехвалентного железа и 8 катионов двухвалентных ме-таллов, т.е. всего в
решетке феррошпинели занято 8 тетраэдрических пустот (
А-узлы) и 16 октаэдрических
пустот (
В-узлы).
Неель [19] предположил, что кристаллическая решетка шпинели состоит из двух
подрешеток. Одна образована ионами металла в тетраэдрических пустотах
(подрешетка
А), другая – ионами металла в октаэдрических пустотах (подрешетка В).
Между магнитными ионами подрешеток
А и В существует сильное отрицательное
взаимодействие, в результате чего их магнитные моменты направлены навстречу друг
другу. Если магнитные моменты подрешеток одинаковые по величине, то феррит –
антиферромагнетик, если различны, то феррит – ферримагнетик.
Взаимодействие ионов подрешеток
А и В происходит через ионы кислорода, электронные оболочки которых
принимают участие в "сверхобмене".
В зависимости от расположения ионов М
2+
и М
3+
в А- и В-узлах различают нормальную, обратную и смешанную
феррошпинели.
Шпинель условно записывается как X
[YY]
−2
4
O
, где X – обычно двух-валентный металл, Y – трехвалентный
*
; обратная
шпинель – Y
[XY]
−2
4
O .
Катионы металла, расположенные в
В-узлах (октаэдрические позиции) принято заключать в квадратные скобки.
К ферритам со структурой нормальной шпинели относятся
ZnO
⋅ Fe
2
O
3
и CdO ⋅ Fe
2
O
3
. Известно [20, 21], что нормальные ферриты-шпинели Zn
2
[Fe
3+
Fe
3+
]
−2
4
O , Cd
2+
[Fe
3+
Fe
3+
] – не
ферромагнитны.
*
Более подробное описание структуры шпинели см. в разделе "Терморезисторы".
Рис. 34 Схематическое изображение
элементарной ячейки шпинельной
структуры (структура темных и
светлых октантов различна)

Страницы