Antiferomagnetismo

Antiferomagnetismo estas karakterizo de substanco (nomita antiferomagneto), kies atomoj aŭ molekuloj aranĝiĝas en strukturon kie la spinoj de apudaj partikloj kontraŭstaras; malgraŭ la magnetaj proprecoj de la konsisteroj, la rezultanta magnetismo de la substanco nuliĝas. Tipe antiferomagnetismo povas okazi je malaltaj temperaturoj. Malgraŭ ke la tuta magnetismo devu nuliĝi je la temperaturo de absoluta nulo, ferimagnetismo okazas, tio estas, la inversaj spinoj ne tute kontraŭstaras unu la aliajn, kreantaj malgrandan magnetismom, kiel vidite pri hematito sub la temperaturo je 250 K. Por temperaturo pli alta ol la Néel-temperaturo (nomita laŭ la franca fizikisto Louis Néel, kiu la unua sugestis kaj klarigis la fenomenon fare de la ordigo de magnetaj momantoj, pro tio li ricevis la Nobel-premion en 1970)^[1], la spinoj de la materialo malordiĝas kaj ties antiferomagnetismo malaperas, la materialo iĝas paramagneta.

Antiferomagnetismo: magnetaj momantoj de la atomoj aŭ jonoj havas kontraŭajn direktojn, kaj egalajn fortojn.

Proprecoj de antiferomagneto

Kutime, la substanco iĝas antiferomagneta sub ia temperaturo ${\displaystyle T_{\text{N}}}$, nomita la Néel-punkto; malgraŭ ke la magneta impresemeco ${\displaystyle \chi }$ de ĝiaj konsisteroj ne estas nula, la tuta ŝajna magnetismo de la substanco nulas. Super tiu temperaturo (${\displaystyle T>T_{\text{N}}}$) la materialo iĝas paramagneta, kaj la valoro de ĝia magneta impresemeco ${\displaystyle \chi }$ varias laŭ la inverso de la absoluta temperaturo ${\displaystyle T}$^[2] jene:

${\displaystyle \chi ={\frac {C}{T-T_{N}}}}$,

kie ${\displaystyle C}$ estas konstanto specifa al la konsiderata materialo.

Tiu teoria asimptota formulo validas pri nefinia nombro da partikloj kaj ne pri ${\displaystyle T=T_{\text{N}}}$ ; fakte, ĝi pruvas, ke la magneta impresemeco estas tre alta sub kaj ĉe la Néel-temperaturo, kaj, super ĝi, malkreskas laŭ hiperbola leĝo, same kiel la impresemeco de feromagneto malkreskas post sia Curie-temperaturo ${\displaystyle T_{\text{C}}}$^[3].

Antiferomagnetaj kemiaj elementoj

Inter la antiferomagnetaj elementoj estas solida oksigeno sub alta premo kaj ${\displaystyle \,T_{N}<24\,\mathrm {K} }$^[4][5], kromio pri kiu ${\displaystyle \,T_{N}=310\,\mathrm {K} }$.^[6] (proksimume la sama temperaturo ol tiu de la homa korpo), kaj kelkaj metaloj en la grupo de raraj teroj. Ĉi lastaj komune aperigas kompleksan antiferomagnetan strukturon en la temperaturgamo inter ${\displaystyle \,T_{1}}$ kaj ${\displaystyle \,T_{N}}$ (${\displaystyle \,0K<T_{1}<T_{N}}$). Sub la temperaturo ${\displaystyle \,T_{1}}$, ili iĝas feromagnetaj. Listo de plej famaj antiferomagnetoj - elementoj de raraj teroj - estas donita en la suba tabelo.

Elemento	T1, K	TN, K
Tb	219	230
Dy	85	179
Ho	20	133
Er	20	85
Tm	22	60

Antiferomagnetaj kemiaj kombinaĵoj

La nombro de konataj komponaĵoj, kiuj estas antiferomagnetaj ĉe iaj temperaturoj, estas ĉirkaŭ mil. Iuj el la plej komunaj antiferomagnetoj kun iliaj Neel-temperaturoj ${\displaystyle \,T_{N}}$ estas donitaj en la tabelo sube. La plejparto da antiferomagnetoj havas valorojn ${\displaystyle \,T_{N}}$, kiuj staras bone sub ĉambra temperaturo. Por ĉiuj hidratadaj saloj estas malpli ol ${\displaystyle \,10\,\mathrm {K} }$, ekzemple ${\displaystyle \,T_{N}=4,31\,{\text{K}}}$ ĉe ${\displaystyle \,CuCl_{2},2H_{2}O}$.

Sulfatoj kaj karbonatoj TN, K MnSO4 12 FeSO4 21 CoSO4 12 NiSO4 37 MnCO3 32,5 FeCO3 35 CoCO3 38 NiCO3 25

Kombinaĵoj de du elementoj TN, K MnO 120 FeO 190 CoO 290 NiO 650 MnTe 307 MnF2 72 FeF2 250 CoF2 37,7 NiF2 73,2

Pro la magnetaj proprecoj de fero kaj kromio, multaj aŭstenitaj rustorezistaj ŝtaloj (kun proporcio da kromio pli alta ol 17%^[7]) estas ne-magnetaj^{[8] [9]}, aparte la plejparto da aŭstenitaj rustorezistaj ŝtaloj kun kromio kaj mangano estas antiferomagnetaj je malalta temperaturo, ekzemple la Néel-temperaturo de la aŭstenita rustorezista ŝtalo Fe₆₀Mn₂₀Cr₂₀ estas 250 K^[10], pri kiu la magneta impresemeco maksimumas.

Aplikoj

Uzo de antiferomagnetaj atomoj ĉe malaltaj temperaturoj povas krei memorĉelojn, kun nur entute 12 atomoj (por komparo, en moderna diskaparato por stoki 1 biton kaj la informon necesas 1 miliono da atomoj)^[11][12].

Spinvalvoj estas uzataj en magnetaj sentiloj kaj informkaptiloj de diskaparatoj ^[13] Ili estas ankaŭ uzataj en magnetorezistaj ĉefmemoroj.

Sintezaj antiferomagnetoj (ofte mallongigitaj per SAF) estas artefaritaj antiferomagnetoj konsistantaj el du aŭ pli maldikaj feromagnetaj tavoloj apartigitaj per nemagneta tavolo. Pro dupolusa kuniĝo de la feromagnetaj tavoloj, rezultas kontraŭparalela laŭliniiĝo de la magnetizo de la feromagnetoj.

Antiferomagnetismo ludas kernan rolon en gigantaj magnetorezistancoj (ofte mallongigitaj per GMR), kiel ĝi estis eltrovitaj en 1988 de la Nobel-premiitoj Albert Fert kaj Peter Grünberg (premiitaj en 2007) uzante sintezajn antiferomagnetojn. La propreco de GMR-j estas, ke iliaj elektraj rezistancoj fortege varias laŭ la magneta kampo, al kiu ili estas submetitaj.

Referencoj

1. L. Néel, Propriétées magnétiques des ferrites; Férrimagnétisme et antiferromagnétisme, Magnetaj proprecoj de oksidoj de fero; ferimagnetismo kaj antiferomagnetismo. Annales de Physique (Parizo) 3, p.137–198 (1948). (france)
2. Louis Néel, Influence des fluctuations des champs moléculaires sur les propriétés magnétiques des corps (Influo de fluktuado de molekulaj kampoj pri magnetaj proprecoj de korpoj), Université de Strasbourg (disertaĵo pri Fizikaj sciencoj), Strasburgo, 1932, 120 p. Disertaĵo rete (france). Kontrolita en 2010.
3. J.P. Baïlon, J.M. Dorlot (2000). Des matériaux (Materialoj) (france) p. 447-460, Magnetaj proprecoj de materialoj, aparte p. 457 pri antiferomagnetismo.versio 3-a eldono.
4. Freiman, Y. A. & Jodl, H. J. (2004). Solid oxygen (Solida oksigeno). Phys. Rep. Vol. n-ro 401 p. 1–228. (angle)
5. Goncharenko, I. N., Makarova, O. L. & Ulivi, L. (2004). Direct determination of the magnetic structure of the delta phase of oxygen (Rekta determinado de la magneta strukturo de oksigeno en fazo delto)). Phys. Rev. Lett. Vol. n-ro 93versio 5. (angle)
6. Fawcett Eric G. R. (1976). Spin-density-wave antiferromagnetism in chromium (Antiferomagnetismo de kromio). Reviews of Modern Physics Vol. n-ro 60 p. 209. Presses Universitaires Polytechnique. (angle)
7. Guy Murry. Ŝtaloj, ĝeneralaĵoj (france) p.24.
8. Men'shikov A.Z. kaj Teplykh A.E.
9. Majumdar A.K. kaj Blackenhagen P.V.
10. Georges Couderchon. Molaj magnetaj alojoj (france) p. 30.
11. Ученые IBM создали элемент магнитной памяти из 12 атомов (IBM sciencistoj kreis magnetan memorĉelon de 12 atomoj). Arkivigite je 2016-03-04 per la retarkivo Wayback Machine (angle)
12. IBM News room - 2012-01-12 IBM Research Determines Atomic Limits of Magnetic Memory (IBM determinas la atomajn limojn de magneta memoro) - Usono (angle)
13. Spintronics Materials and Phenomena Research (Spintroniko kaj fenomenesploro). Kontrolita en 2012. (angle)

Vidu ankaŭ

• Diamagnetismo
• Feromagnetismo
• Magnetismo
• Paramagnetismo
• Relativa permeablo

• Kategorio Antiferomagnetismo en la Vikimedia Komunejo (Multrimedaj datumoj)