反強磁性体と磁気秩序

交換相互作用が反平行配列を促進する場合、隣接するスピンは反対方向を向き、反強磁性およびフェリ磁性の秩序を生じさせ、正味の磁化はほとんど、あるいは全く生じません。

Definition

反強磁性とは、相互貫入するサブ格子上のスピンが反平行に整列し、正味の磁化が消失する磁気秩序状態です。フェリ磁性とは、不均一なサブ格子モーメントを持つ同様の秩序であり、有限の正味の磁化を残し、どちらも特定の秩序化温度以下で発現します。

Scope

このトピックでは、単純な強磁性体を超える磁気秩序について扱います。補償サブ格子とネール温度を持つ反強磁性体、不均一なサブ格子と正味の磁気モーメントを持つフェリ磁性体、2サブ格子分子場理論、そしてより複雑ならせん状および非共線的な配置などです。負の交換相互作用と格子幾何学がどのように秩序パターンを選択するか、秩序化温度における磁化率のカスプ、そしてバルク磁化では見えない秩序を検出する中性子回折の役割について論じます。

Core questions

• 負の交換相互作用はどのようにして反平行サブ格子秩序を引き起こすのでしょうか？
• ネール温度とは何ですか、またその周辺で磁化率はどのように振る舞いますか？
• フェリ磁性は正味の磁気モーメントにおいて反強磁性とどのように異なりますか？
• 反強磁性秩序を明らかにするために中性子回折が必要なのはなぜですか？

Key concepts

• 反強磁性サブ格子
• ネール温度と磁化率のカスプ
• フェリ磁性と非補償モーメント
• 2サブ格子分子場理論
• らせん状および非共線磁気構造

Key theories

ネールの2サブ格子理論

ネールは分子場理論を負の交換相互作用によって結合された2つの相互貫入するサブ格子に拡張し、ネール温度以下の反強磁性秩序と、不均一なサブ格子の場合には正味の磁化を伴うフェリ磁性を予測し、フェライトの磁性を説明しました。

Clinical relevance

反強磁性体とフェリ磁性体は技術の中心です。フェライトは変圧器、インダクタ、マイクロ波デバイスに使用され、反強磁性秩序は磁気センサーのスピンバルブにおける参照層を固定し、高速で堅牢な反強磁性スピントロニクスの活性媒体として研究されています。

History

ネールは1930年代から1940年代にかけて反強磁性を予測し、フェリ磁性理論を発展させ、この業績は1970年のノーベル賞で認められました。1940年代後半のシャルの（Shull）中性子回折実験は、バルク磁化では明らかにできなかった反強磁性秩序を直接確認しました。

Key figures

• Louis Néel
• Lev Landau
• Clifford Shull

Seminal works

• neel1948
• blundell2001

Frequently asked questions

物質が磁気的に秩序化されているにもかかわらず、正味の磁化を持たないのはなぜですか？

反強磁性体では、等しく反対方向のサブ格子磁化が完全に相殺されるため、長距離スピン秩序は存在しますが、正味の磁気モーメントはゼロになります。秩序は実在し、中性子回折によって検出可能ですが、バルク磁気測定ではほとんど何も見えません。

反強磁性体とフェリ磁性体の違いは何ですか？

どちらも反平行なサブ格子を持ちますが、反強磁性体では反対方向のモーメントが等しく相殺されるのに対し、フェリ磁性体ではサブ格子が不均一であるため、強磁性体とほぼ同様に正味の磁化が残ります。