Исследование намагничивания и определение температуры кюри ферромагнетика. Горягин Е.П - 6 стр.

                                                                                                                   6
структуры, для описания которых недостаточно модели двух подрешеток. Недавно обнаружен антиферромагнетизм в
полупроводниках (халькогениды Mn, Cr, Eu и Gd). В последнее время вызывают значительный интерес
антиферромагнитные редкоземельные ферриты-гранаты, в которых ионы железа замещены алюминием и галлием
(Dy3Al5O12 и Dy3Ga5O12). В них наблюдаются трансформации антиферромагнитной структуры при действии
магнитного поля. Эти соединения представляют интерес в качестве магнитных хладоагентов для получения низких
температур методом магнитного охлаждения в магнитных холодильных машинах.
    В некоторых веществах комбинация обмена и спин-орбитального взаимодействия приводит к тому, что
магнитные моменты подрешеток становятся не строго антипараллельны, вследствие чего возникает слабый
ферромагнитный момент M. Такие магнетики называют слабыми ферромагнетиками. Слабый ферромагнетизм
антиферромагнетиков был открыт и объяснен А.С. Боровиком-Романовым и И.Е. Дзялошинским. К их числу
относятся редкоземельные ортоферриты (TbFeO3), гематит Fe2O3, CoCO3 и др.
    5. Ферримагнитное упорядочение. Ферримагнетик, так же как и антиферромагнетик, состоит из двух
ферромагнитных подрешеток, магнитные моменты которых ориентированы навстречу друг другу (рис. 9, а). Однако в
отличие от антиферромагнетиков эти магнитные моменты не равны друг другу, в результате чего образуется
результирующая спонтанная намагниченность, которая исчезает выше температуры Кюри ТC . Различие магнитных
моментов подрешеток обусловлено тем, что подрешетки образуются из ионов разных элементов либо из ионов одного
и того же элемента, но с разной валентностью. Интересно отметить, что магнетит Fe3О4, первое сильномагнитное
вещество, известное в глубокой древности, является ферримагнетиком. Одна подрешетка магнетита образована
узлами кристаллической решетки с тетраэдрическим кристаллическим окружением, в которых располагаются ионы
Fe3+, другая подрешетка - узлами с октаэдрическим окружением, занятыми в равной доле ионами Fe 2+ и Fe3+. Таким
образом, спонтанная намагниченность ферримагнетика равна разности намагниченностей подрешеток I a и Ib

                                                J = Jb − Ja .                                                    (10)
    В случае магнетита |Ib| > |Ia| и кривая температурной зависимости Is(T) напоминает аналогичную кривую для
ферромагнетика. Однако существуют ферримагнетики, в которых магнитные моменты ионов в разных подрешетках
находятся в неодинаковых эффективных обменных полях, что приводит к сильно различающейся температурной
зависимости намагниченностей подрешеток Ib(Т) и Ia(Т). Например, в ферритах-гранатах с общей формулой R3Fe5O12
(для R = Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm) существует температура (ниже точки Кюри ТC), где магнитные моменты подрешеток
редкой земли IR и железа IFe компенсируют друг друга, в результате чего спонтанная намагниченность обращается в

                            a)                                                 б)

       Js




        0
                              Tcomp       Tc      T
       Рис. 9. – ферримагнитная структура; б – температурная зависимость спонтанной намагниченности для
       ферримагнетика с температурой магнитной компенсации
ноль (рис. 2, б). Эта температура называется температурой магнитной компенсации Тcomp .
    В этих соединениях обменное поле HR, действующее на ионы редких земель, значительно меньше, чем обменное
поле, действующее на ионы железа HFe . Вследствие этого тепловое движение преодолевает ориентирующее действие
HR на магнитные моменты редких земель при температуре более низкой, чем температура Кюри Т C . При Т = TC
тепловое движение преодолевает в основном ориентирующее действие обменного поля HFe на магнитные моменты
атомов железа. Например, в феррите-гранате гадолиния редкоземельная подрешетка сильно разупорядочивается в
основном при TH 100K , в то время как подрешетка железа – при TC 550K В результате намагниченность IR с
температурой падает очень резко уже при    TH   100K в то время как IFe начинает сильно уменьшаться только при
T ≡ TC = 550K . При Т = Tcomp происходит магнитная компенсация IR = IFe·Tcomp существует не только в ферритах-
гранатах, но и в металлических ферримагнитных соединениях ErFe2, ErFe3 и др.
    В рассмотренных ферримагнетиках IR(0) > IFe(0) при Т = 0 К. Однако в ряде соединений, например Tm6Fe23, при всех
температурах IR(0) < IFe(0) . В этом случае магнитной компенсации не наблюдается. Спонтанная намагниченность I = I Fe
- IR при возрастании температуры от Т = 0 К сильно увеличивается в некотором интервале, что необычно по