ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
Ионы Zn
2+
и Cd
2+
, находящиеся в А-подрешетке, не обладают собственными магнитными моментами. В-подрешетка
разбивается на две подрешетки с одинаковым количеством ионов Fe
3+
в каждой и антипараллельным расположением
магнитных моментов в подрешетках.
В нормальных шпинелях все 8 ионов
М
2+
располагаются в А-узлах, а все 16 ионов Fe
3+
– в В-узлах, т.е. структурная
формула их имеет вид
[
]
−++ 2
4
3
2
2
OFeM .
Ферриты – обратные шпинели, например, Fe
3+
[Fe
3+
Fe
2+
]
−2
4
O
– ферромагнитны [22].
Структуру обратной шпинели имеют ферриты Mg, Fe, Сo, Ni, Cu. В обратных шпинелях 8 ионов Fe
3+
занимают А-узлы,
остальные 8 ионов Fe
3+
и 8 ионов М
2+
находятся в В-узлах, располагаясь в них статистически беспорядочно. Структурная
формула обратной шпинели
Fe
3+
[M
2+
Fe
3+
]
−2
4
O . Результирующий магнитный момент в этом феррите будет определяться магнитным моментом катиона
М
2+
. В структуре обратной шпинели кристаллизуются ферриты Fe, Ni, Co, Li, Cu. Все они являются ферримагнетиками.
Запишем магнитную формулу шпинели феррита:
−
+++
2
4
233
OFeFeFe .
Результирующий магнитный момент в этом феррите будет определяться магнитным моментом катиона Fe
2+
, а в случае
легированного феррита
[
]
+++ 233
MFeFe – суммарная намагниченность будет определяться ионом M
2+
. Так как ионы Fe
2+
,
Co
2+
, Ni
2+
и Cu
2+
содержат соответственно 6, 7, 8 и 9 3d-электронов, то на каждую формульную единицу шпинели,
легированной этими металлами, должен приходиться магнитный момент соответственно 4, 3, 2 и 1
µ
В
, что с точностью до
вклада орбитального момента согласуется с экспериментальными данными.
Нормальная и обратная шпинели представляют предельные случаи. В большинстве же случаев широкое применение на
практике находят смешанные шпинели, структурная формула которых может быть записана в виде:
[
]
−+
+
+
−
+
−
+ 2
4
3
1
2
1
3
1
2
OFeMFeM
xxxx
.
Для такого вида катионного распределения принято ионы, находящиеся в А-узлах, записывать без скобок, а ионы,
находящиеся в
В-узлах, заключать в квадратные скобки.
При образовании раствора замещение идет по следующей схеме:
[
]
−+
−+
++
−
2
4
2
11
23
1
OMFeZnFe
xxxx
.
Отсюда видно, что независимо от состава исходной шпинели магнитный момент смешанных цинковых шпинелей должен
возрастать и стремиться при
х → 1 к значению Fe
3+
в окта-позициях,
[
]
−++ 2
40
3
21
3
0
OMFeZnM , т.е. к значению 10 µ
В
.
На 3
d-электронной оболочке Fe
3+
расположено 5 электронов, поэтому
L
Z
= 0, а S
Z
=
2
5
.
Так как в окта-позиции оказывается два катиона Fe
3+
, то результирующий магнитный момент:
.10
2
5
22
BR
M µ=
⋅⋅=
Величина
х характеризует меру обращенности шпинели. В нормальной феррошпинели х = 0, в обращенной х = 1. У
ферритов со смешанной структурой 0 <
x < 1.
Однако эксперимент показывает, что магнитный момент растет только до определенного значения (до
х ≈ 0,4 … 0,5), а
затем уменьшается. Это объясняется тем, что само существование ферромагнетизма в шпинелях обязано обменным
взаимодействиям между магнитными ионами двух подрешеток
X и Y. При легировании цинком происходит замещение
ионов Fe
3+
немагнитными ионами цинка, поэтому, начиная с некоторого значения х ≈ 0,4 … 0,5, рост намагниченности
прекращается из-за снижения уровня обменного взаимодействия между магнитными подрешетками
X и Y.
Возможен и другой подход. Пусть имеется феррит
−
+++
2
4
233
OМFeFe . Так как Zn
2+
равноправно может занимать
(замещать) окта- и тетра-позиции, то можно записать:
−++
−
+++
−
2
4
2
2
2
2
1
32
2
3
2
1
OZnMFeZnFe
xxxx
.
При этом нарушается электронейтральность из-за замещения х/2 катионов трехвалентного железа двухвалентным
цинком. Для восстановления электронейтральности:
e
xxх
2
M
2
M
2
32
+→
++
,
т.е.
−+++
−
+
+
+
−
2
4
3
2
2
2
2
2
1
3
2
2
3
2
1
OMZnMFeZnFe
xxxx
x
ss
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- …
- следующая ›
- последняя »
