Антиферромагнетики и ферриты.

Как нам уже известно, силы обменного взаимодействия вызывают в ферромагнетиках параллельную ориентацию электронных спинов (рис.8,а). Существуют вещества, в которых также возникает сильная ориентация электронных спинов, но в отличие от ферромагнетиков, у этих веществ обменное взаимодействие таково, что энергетически выгодным оказывается антипараллельная ориен-тация спиновых магнитных моментов электронов. Такая ориентация охватывает попарно соседние атомы. Кристаллическую решетку такого вещества можно представить себе как две вложенные одна в другую тождественные решетки (подрешетки), каждая из которых содержит ионы с параллельно расположенными спинами. Спины подрешеток направлены в противоположные стороны, т.е. обе подрешетки намагничены в противоположных направлениях.

Вещества, в которых намагничение обеих подрешеток одинаково по величине (но противоположно по направлению) называются антиферромагнетиками (рис.8, б). Поскольку подрешетки намагничены в противоположных направлениях, антиферромагнетики обладают очень малой магнитной восприимчивостью и ведут себя как очень слабые парамагнетики. Общий магнитный момент антиферромагнетика в отсутствие внешнего поля равен нулю и растет пропорционально увеличению внешнего поля (из-за переориентации части спинов), при этом вещество слабо намагничивается (»10^-4, 10^-6). Для антиферромагнетиков также существует температура Т_N (точка Нееля), при которой антипараллельная ориентация спинов исчезает. У некоторых антиферромагнетиков (например, эрбия, диспрозия, сплавов марганца и меди) таких температур две (верхняя и нижняя точки Нееля), причем антиферромагнитные свойства наблюдаются только при промежуточных температурах. При температурах выше верхней точки вещество ведет себя как парамагнетик, а при температурах, меньших нижней точки, становится ферромагнетиком. Антиферромагнетиком являются некоторые соединения марганца, хрома, ряд редкоземельных элементов.

Если намагничение обеих подрешеток не одинаково по величине, суммарный магнитный момент в отсутствие внешнего поля не равен нулю и по величине приближается к магнитному моменту ферромагнетиков. Такие вещества называются ферримагнетиками или ферритами (рис.8, в), обычно это вещества сложной структуры, например, MnO×Fe₂O₃.

В магнитном поле ферримагнетики ведут себя подобно ферромагнетикам, однако, по сравнению с последними, у них есть важное преимущество - очень малая проводимость, т.е. большинство ферримагнетиков являются диэлектриками или полупроводниками. Во многих отношениях они удобнее ферромагнетиков. Ферромагнетики, как все металлы, хорошие проводники, поэтому в высокочастотном магнитном поле в ферромагнетиках возникают большие токи Фуко, приводящие к значительным потерям энергии на нагревание, в ферритах же эти токи несоизмеримо меньше. Кроме того, ряд ферритов имеет очень удобную для применений петлю гистерезиса с большим значением остаточной намагниченности (до 96% от максимальной) и малой коэрцитивной силой.

Ферриты широко используются в электро- и радиотехнике, в микроволновых схемах, высокочастотных и сверхвысокочастотных устройствах (ферритовые антенны, сердечники катушек, волноводы), где применение ферромагнетиков невозможно из-за больших потерь в них. Ферриты используются в вычислительной технике в качестве хранителей и носителей информации (ферритовые кольца), так как имеют удобную для этих целей петлю гистерезиса (близкую к прямоугольной).