磁結構

磁結構通常指晶體中原子磁矩空間取向的周期性和對稱性，或具有某種規律性分布。磁結構相對於磁矩無規取向的情況來說，磁矩在空間的規律性分布又稱為磁有序。這一概念也可用於非晶態磁性合金中。目前已發現的磁結構有共線和非共線兩大類。

基本介紹

• 中文名：磁結構
• 外文名：magnetism  structrue

分類及特點

相對於磁矩無規取向的情況來說，磁矩在空間的規律性分布又稱為磁有序。這一概念也可用於非晶態磁性合金中（見非晶態材料）。目前已發現的磁結構有共線和非共線兩大類。

共線磁結構

對於晶體和部分非晶態固體，共線磁性結構有如下三種。

① 鐵磁性磁結構。在相當大的區域(10-4cm)內原子磁矩的空間取向一致。W.K.海森伯在理論上指出，這是原子間電子交換作用所致。

磁結構

② 反鐵磁性磁結構。在一列晶位 (或一個晶面)上的原子磁矩的取向與其近鄰原子磁矩取向相反，因磁矩大小相等，故互相抵消, 總磁矩為零。例如 MnO的情況（圖1）。P. W. 安德森用間接交換作用對這一問題做了詳細的討論。 　③亞鐵磁性磁結構。是一種未抵消的反鐵磁性磁結構。由於兩種（或多種）磁性原子（或離子）的磁矩大小不等和取向相反所致，鐵氧體磁性屬這種磁結構。

非共線磁結構

中子衍射技術是唯一能直接測定出晶體中各種磁性原子的磁矩在空間取向的實驗手段。通過中子衍射發現有些稀土元素及其合金的磁結構，具有非共線的特點。圖2示出了一些稀土元素的磁結構的特點。每一個圓形軌道代表某個晶面，箭頭代表磁矩的取向,或是在c軸和平面的分量。

稀土元素的磁性來源於4f電子，它局域在原子核附近的內層軌道上，因此，原子中4f電子無法與近鄰原子中的4f電子發生直接交換作用。但是，4f電子可使遊動的s電子極化。這種極化了的s電子對4f電子的自旋取向有影響。結果形成以s電子為媒介,使稀土原子中4f電子之間發生間接交換作用。這種交換作用模型稱為RKKY理論（由四位作者Ruderman、Kittel、Kasuya和Yosida姓氏的第一個字母組成）。

根據上述理論計算得到的交換作用積分（相互作用能量大小）是原子間距的波動函式（即可正,可負）,再考慮到磁矩受各向異性的影響，在空間的取向會發生周期性變化。這樣，RKKY理論比較好地解釋了非共線磁結構的各種情況。

新型磁結構

隨著人們對非晶態金屬磁性的深入研究,在一些稀土-過渡金屬合金磁性薄膜中，發現了一些新型的磁結構（見散磁性）。

散鐵磁性

在一些非晶態性合金中(如Y-Fe、Nd-Fe等),各原子磁矩取相對於總平均方向有一定偏離的磁結構。

散反鐵磁性

是一種無規反鐵磁性磁結構（如TbAg合金薄膜）。

散亞鐵磁性

在具有兩套次網路的非晶態合金（Dy-Co，Dy-Fe等）中，各原子磁矩相對於某特定方向有一定分散性。因兩套網路上的總磁矩大小不等，方向相反而形成散亞鐵磁性磁結構。

存在上述三種磁結構的原因在於，稀土原子具有很強的局域各向異性，而其原子間4f電子的交換作用相對較弱，因而磁矩的取向有一角分散,例如DyCo3中Dy的磁矩的分散角約140°。而Co原子的交換作用很強,所以其磁矩取向無分散，Fe原子的磁矩有很小的分散角，因而形成散亞鐵磁性。與Ni或 Y等磁矩為零的原子形成合金薄膜時，而出現散鐵磁性。

散鐵磁性和順磁性的區別在於，前者的原子磁矩取向並不隨時間作無規漲落運動。