Ферімагнетіки. При неоднаковій спонтанній намагніченості підрешіток речовини (підрешітки складаються з неоднакових сортів магнітних іонів) настає неповна компенсація магнітних моментів в межах шкірного домена і, отже, спостерігається результуюча

спонтанна намагніченість. Такі речовини називають нескомпенсо-ваними антиферомагнетиками, або феримагнетиками. За зовнішніми ознаками магнітні властивості цих речовин майже не відрізняються від магнітних властивостей феромагнетиків. Однак іншою є температурна залежність магнітної сприйнятливості і сморід, як правило, мають низьку температуру фазового переходу (крапку Кюрі). Якщо феримагнетики мають ще й напівпровідникові властивості, то їх називають феритами. До феримагнетиків належать MgO, Fe2O3: NiO * Fe2O3, МпО * Fe2O3, СІЮ * Fe?O3 та ін. Смороду широке застосовуються в радіотехніці (магнітні схеми, осердя тощо), в обчислювальній техніці (магнітні комірки пам'яті).

Підсумовуючи, зазначимо, що феромагнетики характеризуються переважно кристалічною будовою, великим додатним значенням магнітної сприйнятливості (магнітної проникності), нелінійною її залежністю від напруженості зовнішнього магнітного поля та температури, здатністю намагнічуватись до насичення при звичайних температурах в порівняно слабких полях, гістерезисом, залежністю магнітних властивостей від попереднього магнітного стану (попередньої магнітної історії), крапкою Кюрі, тобто температурою, вище від якої речовина втрачає феромагнітні властивості.

з 9.8. Елементарна теорія феромагнетизму

Як зазначалось, деру напівфеноменологічну кількісну теорію феромагнетизму розробив М. Вейсс. Він виходив з того, що атоми феромагнетиків, як і парамагнетиків, мають магнітні моменти, які взаємодіють між собою з силою, що залежить від кута між напрямами їхніх моментів. Ці сили намагаються зорієнтувати магнітні моменти атомів в певному напрямі, в результаті чого феромагнетик намагнічується. За Вейссом сили взаємодії між магнітними моментами атомів зводяться до певного ефективого магнітного поля, яку складається з макроскопічного поля в речовині В та молекулярного поля. На основі таких уявлень феромагнетик повинний бути спонтанне намагніченим навіть тоді, коли зовнішнього магнітного поля немає, оскільки паралельна орієнтація магнітних моментів «енер-гетично вигідна» через взаємодію між атомами. Справді, якщо в певний момент годині всі магнітні моменти атомів орієнтовані хаотичне, але внаслідок флуктуацій випадково магнітні моменти двох атомів набудуть паралельної орієнтації в певному напрямі, то з'являється локальний надлишок вейссівського молекулярного поля, яку змушує магнітні моменти інших атомів прийняти таку саму орієнтацію. Завдяки наявності магнітної анізотропії кристалів спонтанне намагнічення відбувається в напрямі осей легені намагнічення. Змінити переважаючу орієнтацію магнітні диполі самостійно не можуть, оскільки їм при цьому потрібно було б пройти ряд менш «енергетичне вигідних» станів. Протидіє такій орієнтації тепловий рух. Однак при температурі нижче від точки Кюрі енергії теплового руху недостатньо для руйнування спонтанного намагнічення. В точці Кюрі відбувається фазовий перехід і феромагнетик

переходжувати з упорядкованого в неупорядкований стан. Отже, теорія Вейсса формальне пояснює спонтанну намагніченість, існування температури Кюрі, закон Кюрі — Вейсса. Молекулярне поле Вейсса, здавалось, зумовлене специфічною взаємодією магнітних диполів атомів за аналогією з електричною взаємодією диполів діелектриків. Однак розрахунки показали, що магнітні поля, необхідні для спонтанної намагніченості феромагнетиків, в 103—104 разів більші від полів, які можуть створити зорієнтовані магнітні моменти атомів цих речовин. Отже, поле Вейсса не можна звести до магнітної взаємодії елементарних магнітних моментів. Цей висновок був підтверджений прямими дослідами, які в 1927 г. провів радянський фізик Я. Г. Дорфман. Між полюсами сильного магніту поміщали нікельо-ву фольгу товщиною ~20 мкм. Через фольгу пропускали пучок швидких електронів ф-променів) від радіоактивних елементів. Після проходження через фольгу слід пучка електронів реєструвався на фотоплівці. Цей слід під дією магнітного поля зміщувався. Розрахунки показували, що зміщення пучка повинне бути порядку 10 мм, якщо припустити, що молекулярне поле Вейсса має магнітну природу і зміщення зумовлене дією ефективного поля, яку складається із зовнішнього і молекулярного полів. Експерімент, однак, показавши зміщення порядку 0,3 мм, що забезпечувалось дією лише зовнішнього магнітного поля. Це протиріччя поставило питання про фізичну природу молекулярних сил Вейсса і про природу намагнічування феромагнетиків.

Природу магнітного поля Вейсса пояснили в 1927 г. Я. І. Френкель і В. Гейзенберг на основі квантової механіки. З'ясуємо суть цих питань, не вдаючись до викладу самої теорії. Якщо розглянути рух електронів на основі квантової теорії, а їхню взаємодію за законом Кулона, то результат буде таким самим, як і при описанні руху електронів на основі класичної механіки. Віявілось, що для характеристики взаємодії електронів, крім сил Кулона, необхідно ввести ще деякі додаткові сили, які називають обмінними. Обмінні сили короткодіючі (діють на відстанях атомних розмірів), і сморід є силами електричного, а не магнітного походження. Справді, енергія електростатичної взаємодії елементарних зарядів достатня для самодовільного намагнічування. Аллі класична фізика не могла пояснити, яким чином електростатичне поле може впливати на магнітні властивості речовини. Це питання було вирішене на основі квантової фізики. Електроні різних атомів тотожні. Отже, атоми можуть обмінюватись ними без змін. Енергію обміну електронами називають обмінною. При певних забудовах електронних оболонок атомів або структурах кристалічних решіток обмінні сили намагаються встановити спіни електронів сусідніх атомів паралельно між собою, що й приводити до спонтанного намагнічення феромагнетиків. Обмінна взаємодія може бути замінена еквівалентним молекулярним полем Вейсса. Отже, теорія Вейсса на основі поняття обмінних сил набуває фізичного обгрунтування.

Теорія молекулярного