Большая Советская энциклопедия (АН)

  Долгое время не существовало экспериментальных методов, которые могли бы непосредственно подтвердить существование антиферромагнитной структуры. В 1949 было показано, что антиферромагнитную структуру можно обнаружить и изучить методами нейтронографии. Нейтроны не имеют электрического заряда, но обладают магнитным моментом. Пучок медленных нейтронов, проходящий через антиферромагнетик, взаимодействует с магнитными ионами вещества и испытывает рассеяние. Экспериментально получаемая зависимость числа рассеянных нейтронов от угла рассеяния позволяет определить расположение магнитных ионов в антиферромагнетике и среднее значение их магнитных моментов.

  За создание антиферромагнитного порядка и определённую ориентацию магнитных моментов ионов относительно кристаллографических осей ответственны два рода сил: за порядок — силы обменного взаимодействия (электрической природы), за ориентацию — силы магнитной анизотропии. В А. обменные силы стремятся установить каждую пару соседних магнитных моментов строго антипараллельно. Но они не могут предопределить направление моментов относительно кристаллографических осей. Это направление называется осью лёгкого намагничивания и определяется силами магнитной анизотропии. Последние представляют собой результат магнитного взаимодействия соседних магнитных ионов и более сложных взаимодействий электронов магнитных ионов с действующими внутри кристалла электрическими полями.

  В соответствии с этими двумя типами сил при теоретическом описании А. вводят 2 эффективных магнитных поля: обменное поле Н_е и поле анизотропии Н_а. Представление о том, что в антиферромагнетике действуют 2 эффективных магнитных поля, позволяет объяснить многие свойства., в частности их поведение в переменных внешних магнитных полях. Переход из парамагнитного состояния в антиферромагнитное при температуре Нееля T_n происходит путём (фазового перехода 2-го рода. Особенность этого перехода состоит в плавном (без скачка), но очень крутом нарастании среднего значения магнитного момента каждого иона вблизи T_n (рис. 3). Этим объясняются указанные выше аномалии — возрастание удельной теплоёмкости вблизи T_n и подобное ему температурное изменение коэффициента теплового расширения, модулей упругости и ряда др. величин.

  Изучение антиферромагнетиков внесло существенный вклад в развитие современных представлений о физике магнитных явлений. Открыты: новые типы магнитных структур — слабый ферромагнетизм, геликоидальные структуры и др. (см. Магнитная структура), обнаружены новые явления: пьезомагнетизм, магнетоэлектрический эффект, расширены представления об обменном и других типах взаимодействия в магнетиках. Практического применения А. пока не нашёл. Это связано с тем, что при переходе в антиферромагнитное состояние большая часть макроскопических физических свойств меняется мало. Исключение составляют высокочастотные свойства антиферромагнетиков. Во многих антиферромагнетиках наблюдается сильное резонансное поглощение электромагнитного излучения для длин волн от 1 см до 0,001 см (см. Антиферромагнитный резонанс).

  Лит.: Киренский Л. В., Магнетизм, 2 изд., М., 1967; Боровик-Романов А. С., Антиферромагнетизм, в сборнике: Антиферромагнетизм и ферриты, М., 1962 (Итоги науки. Физ.-мат. науки, т. 4); Редкоземельные ферромагнетики и антиферромагнетики, М., 1965.

  А. С. Боровик-Романов.

Рис. 3. Температурная зависимость среднего значения магнитного момента  иона в каждом узле подрешётки;  — собственный магнитный момент иона.

Рис. 1. Температурная зависимость магнитной восприимчивости c: а — для парамагнетика, не претерпевающего перехода в упорядоченное состояние вплоть до самых низких температур (c = С/Т); б — для парамагнетика, переходящего в антиферромагнитное состояние при Т = Tn; в — для поликристаллического антиферромагнетика; г — для монокристаллического антиферромагнетика вдоль оси лёгкого намагничивания (c_||), д — для монокристаллического антиферромагнетика в направлениях, перпендикулярных оси лёгкого намагничивания (c_^).

Рис. 2. Магнитная структура: а — кубического антиферромагнетика MnO (период магнитной структуры а_m в два раза больше периода кристаллической структуры a_o), б — тетрагонального антиферромагнетика MnF₂. Узлы с одинаковым направлением магнитных моментов образуют пространственную магнитную подрешётку.

Антиферромагнетик