Гелимагнетизм

Гелимагнети́зм — магнитное состояние магнетиков ниже критической температуры, при котором локализованные в узлах кристаллической решётки магнитные моменты, обладающие различными ориентациями, преимущественно ориентированы вдоль некоторого направления.

Физические основы

Файл:Гелимагнетизм.svg

Рис. 1. Гелимагнетизм или кристаллический асперомагнетизм

Гелимагнетизм можно рассматривать как кристаллическую форму асперомагнетизма, и входит в семейство асперомагнетиков и сперомагнетиков. Характерным и модельным веществом для исследования гелимагнетизма является ${\ce {MnAu2}}$, обладающий спиральной или геликоидальной структурой, а преимущественная ориентация магнитных моментов изменяется от одной атомной плоскости к другой (см. рисунок 1, синими стрелками обозначены вектора магнитных моментов).

В кристаллической решётке ${\ce {MnAu2}}$ магнитными моментами обладают ионы ${\ce {Mn}}$, образующие объёмноцентрированную тетрагональную сингонию (см. рисунок 1). Видно, что магнитные моменты ионов ${\ce {Mn}}$ параллельны атомным плоскостям, а от плоскости к плоскости их направление поворачивается на угол, приблизительно равный $50^{\circ }$. В редкоземельных металлах ситуация гораздо сложнее, так как в них направления магнитных моментов частиц вращаются по поверхности конуса, а не в плоскости, как у сплава ${\ce {MnAu2}}$.

Гелимагнетизм встречается и в системах, включающих в себя две и более антиферромагнитные подрешётки, у которых магнитные моменты расположены под некоторым, определённым углом друг к другу, что создаёт суммарную намагниченность вещества в целом. Вначале их называли паразитными ферромагнетиками, а в настоящее время — неколлинеарными антиферромагнетиками, или слабыми ферромагнетиками.

Физическая природа слабого ферромагнетизма заключается в том, что, во-первых, различаются одноионные анизотропии подрешёток, а во-вторых, из-за взаимодействия Дзялошинского — Мории. Как правило, действуют обе причины, хотя для многих веществ обычно превалирует одна из причин.

Одноионная анизотропия характерна, например, для ${\ce {NiF2}}$, обладающего структурой рутила. В этом материале кристаллические поля вокруг катионов одинаковы, но главные оси в плоскости $(ab)$ чередуются. В этих же плоскостях лежат и вектора магнитных моментов, если температура материала выше температуры Нееля $T_{N}$. Если температура материала становится ниже температуры Нееля, происходит упорядочивание направлений магнитных векторов с установлением двух антипараллельных подрешёток, каждая из которых обладает слабой спонтанной намагниченностью.

Слабый ферромагнетизм, обусловленный взаимодействием Дзялошинского — Мории наблюдается только в магнетиках с правильным расположением соседних ионов. Магнетиками с такой структурой являются $\beta$-${\ce {MnS}}$, $\alpha$-${\ce {Fe2O3}}$, ${\ce {MnSi}}$, ${\ce {CrF3}}$, ${\ce {CoCO3}}$.

Файл:Взаимосвязь между разновидностями магнетизма (по К. М. Хёрду) Гелимагнетизм.svg

Рис. 2. Взаимосвязь между разновидностями магнетизма (по К. М. Хёрду).

На рисунке 2 показана взаимосвязь разновидностей магнетизма согласно классификации К. М. Хёрда.

Метамагнетики применяются в технике, медицине, системах автоматического управления, магнитных покрытиях, компонентах, устройствах и методах неразрушающего контроля.

Литература

• Бозорт Р. М. Ферромагнетизм. — Москва : Изд. иностранной литературы, 1956.
• Mattis D. С. The theory of magnetism. — Berlin: Springer-Verlag, 1981.
• Хёрд К. М. Многообразие видов магнитного упорядочения в твёрдых телах. // Успехи физических наук, 1984, Т. 142, № 2, C. 331—355.
• Вонсовский С. В. Магнетизм. — Москва : Наука, 1984.
• Преображенский А. А., Бишард Е. Г. Магнитные материалы и элементы : учебник для вузов. — Москва : Высшая школа, 1986.
• Зайкова В. А., Старцева И. Е., Филиппов Б. Н. Доменная структура и магнитные свойства электротехнических сталей. — Москва : Наука, 1992.

Ссылки

• [Pletnyov_S._V. Магнитное поле: Свойства и применение]

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Гелимагнетизм», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Гелимагнетизм» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».