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 Не и поле анизотропии На. 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 Tn происходит путём (фазового перехода2-го рода. Особенность этого перехода состоит в плавном (без скачка), но очень крутом нарастании среднего значения магнитного момента каждого иона вблизи Tn (рис. 3). Этим объясняются указанные выше аномалии — возрастание удельной теплоёмкости вблизи Tn 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 аm в два раза больше периода кристаллической структуры ao), б — тетрагонального антиферромагнетика MnF2. Узлы с одинаковым направлением магнитных моментов образуют пространственную магнитную подрешётку.
Антиферромагнетик
Антиферромагне'тик, вещество, в котором установился антиферромагнитный порядок магнитных моментов атомов или ионов (см. Антиферромагнетизм). Обычно вещество становится А. ниже определённой температуры TN (см. Нееля точка) и остаётся А. вплоть до Т = 0 К. Среди элементов А. являются твёрдый кислород (a-модификация при Т < 24 К), хром (TN = 310 К), а также ряд редкоземельных металлов. В последних обычно наблюдаются сложные антиферромагнитные структуры в температурной области между TN и (OK < T1 < TN). При более низких температурах они становятся ферромагнетиками. Данные о наиболее известных А. — редких землях — приведены в таблице 1.
Таблица 1.
| Элемент | T1, K | TN, K |
| Dy | 85 | 179 |
| Ho | 20 | 133 |
| Er | 20 | 85 |
| Tu | 22 | 60 |
| Tb | 219 | 230 |
Таблица 2.
| Соединение | TN, K |
| MnO | 120 |
| FeO | 190 |
| CoO | 290 |
| NiO | 650 |
| MnF2 | 72 |
| FeF2 | 250 |
| CoF2 | 37,7 |
| NiF2 | 73,2 |
| MnSO4 | 12 |
| FeSO4 | 21 |
| CoSO4 | 12 |
| NiSO4 | 37 |
| MnCO3 | 32,5 |
| FeCO3 | 35 |
| CoCO3 | 38 |
| NiCO3 | 25 |
Число известных химических соединений, которые становятся А. при определённых температурах, приближается к тысяче. Ряд наиболее простых А. и их температуры TNприведены в табл. 2.
Бо'льшая часть А. обладает значениями TN, лежащими существенно ниже комнатной температуры. Для всех гидратированных солей TN не превышает 10 К, например TN = 4,31 К у CuCl2·2H2O.
Лит.: см. при ст. Антиферромагнетизм.
А. С. Боровик-Романов.
Антиферромагнитный резонанс
Антиферромагни'тный резона'нс, одна из разновидностей электронного магнитного резонанса. А. р. проявляется как резкое возрастание поглощения электромагнитной энергии, проходящей через антиферромагнетик, при определённых (резонансных) значениях частоты ν и напряжённости приложенного магнитного поля Н. Для антиферромагнетиков характерно упорядоченное расположение магнитных моментов атомов (ионов) (см. Антиферромагнетизм). Одинаково ориентированные элементарные магнитные моменты образуют в антиферромагнетике так называемые магнитные подрешётки (в простейшем случае — две). При А. р. возбуждаются резонансные колебания векторов намагниченности подрешёток как относительно друг друга, так и относительно направления приложенного поля Н Вид зависимости ν от эффективных магнитных полей в антиферромагнетиках весьма сложен и различается для кристаллов разной структуры. Как правило, одному значению приложенного поля соответствуют две частоты А. р. Частоты А. р. лежат в интервале 10—1000 Ггц.
