Магнитная структура ⇐ Васина Википедия

[wiki_de]

Термин «магнитная структура» материала описывает упорядоченную структуру его магнитного дипольного момента # Собственный магнитный момент частиц | магнитные моменты, обычно в упорядоченной кристаллической решетке. Исследование магнитных структур — раздел физики твердого тела.

== Магнитные структуры ==
Большинство материалов немагнитны, то есть не имеют магнитной структуры. В соответствии с принципом Паули каждое квантовое состояние электронов занято противоположными спинами, так что плотность заряда повсюду компенсируется, а степень свободы спина тривиальна. Такие материалы обычно обладают лишь низкими магнитными свойствами, например, в форме диамагнетизма или парамагнетизма Паули.

Более интересный случай возникает, когда электроны материала спонтанно нарушают симметрию, объясненную выше. В ферромагнетизме существует глобальная общая ось квантования спина в основном состоянии, и возник глобальный дисбаланс электронов относительно их спинового квантового числа, намагниченность: большинство спинов электронов направлены в одном направлении, а не в противоположном (обычно это определяется как «вверх»). В простейшем (коллинеарном) случае антиферромагнетизма общая ось квантования еще имеется, но ориентация спинов вдоль этой оси попеременно «вверх» и «вниз», что, в свою очередь, приводит к исчезновению макроскопической намагниченности. Однако – особенно в случае геометрической фрустрации|конкурирующих (фрустрированных) взаимодействий – полученные структуры могут стать гораздо более сложными, среди прочего, из-за трехмерности ориентации спинов. Ферримагнетизм (прототипически представленный в магнетите) можно в определенном смысле понимать как гибрид: намагниченность макроскопически не равна нулю, как в ферромагнетизме, с локальными магнитными моментами, направленными в противоположные стороны.

Вышеприведенное обсуждение касается только основного состояния магнитной системы. При конечных температурах (T>0\text{ K}) спиновая конфигурация частично возбуждается. Можно сравнить два крайних случая: в модели Стонера (зонный магнетизм) зонная модель | электроны делокализованы, и их взаимодействие с теорией молекулярного поля | молекулярное поле приводит к нарушению симметрии. На этом изображении локальная намагниченность равномерно уменьшается с увеличением температуры, поскольку отдельные спины делокализованных электронов смещаются между двумя ориентациями. В другом крайнем случае предполагается, что все магнитные моменты полностью локализованы (на определенных атомах) и взаимодействуют лишь на небольшом расстоянии. Обычно это описывается в рамках модели Гейзенберга. Повышенная температура приводит к отклонению ориентации спинов от энергетически наилучшего случая, поэтому намагниченность ферромагнетика уменьшается.

В образе локализованного магнетизма магнитные структуры могут быть описаны с помощью магнитных пространственных групп; они учитывают все возможные операции симметрии (геометрии) | симметрии ориентации «верх/низ» в трехмерном кристалле. Однако этот формализм не может описать более сложные магнитные структуры, такие как гелимагнетизм.

== Экспериментальные методы ==
Такие порядки можно анализировать, рассматривая магнитную восприимчивость как функцию температуры и/или приложенного магнитного поля. Однако действительно трехмерное представление порядка спина лучше всего получить с помощью (упругого) рассеяния нейтронов.
Хотя обычное рентгеновское рассеяние «слепо» к расположению спинов, теперь можно исследовать магнитные структуры с помощью определенных рентгеновских методов. Если длину волны рентгеновского света выбрать так, чтобы она была энергетически близка к краю поглощения одного из элементов материала, то рассеяние становится аномальным и эта компонента рассеянного света реагирует на несферическую форму орбитали внешних электронов с неспаренным спином. Этот тип рентгеновской дифракции#Другие методы|аномальное рентгеновское рассеяние (AXS) затем содержит нужную информацию.

Наконец, разрабатываются настольные методы, позволяющие исследовать магнитные структуры даже без доступа к источникам нейтронов и рентгеновского излучения.
== Магнитные структуры химических элементов ==
Только три элемента в нормальных условиях являются ферромагнитными: железо, кобальт и никель. Ваша температура Кюри T_\text{C} выше комнатной температуры, T_\text{C} > 298 \text{ K. Гадолиний имеет спонтанную намагниченность чуть ниже этой, 293\text{K, и поэтому его иногда считают четвертым ферромагнитным элементом. Спорный вопрос, имеет ли гадолиний гелимагнитную структуру
Два элемента диспрозий и эрбий имеют два магнитных перехода. Они парамагнитны при комнатной температуре, становятся гелимагнитными при температуре ниже соответствующей температуры Нееля, а затем становятся ферромагнитными при температуре ниже температуры Кюри. Элементы гольмий, тербий и тулий имеют еще более сложную магнитную структуру.
Некоторые элементы также обладают антиферромагнитным порядком, который распадается выше температуры Нееля. Хром — немного более простой антиферромагнетик, но в дополнение к простому расположению «вверх/вниз» он также имеет несоизмеримые волны спиновой плотности.
Те элементы, которые становятся сверхпроводниками, демонстрируют супердиамагнетизм эффекта Мейснера-Оксенфельда ниже критической температуры.

Категория: Химия твердого тела

Подробнее: https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetische_Struktur