Antiferromagnetismo e Ordem Magnética

Quando a interação de troca favorece o alinhamento antiparalelo, os spins vizinhos apontam em direções opostas, produzindo ordem antiferromagnética e ferrimagnética com pouca ou nenhuma magnetização líquida.

Definition

Antiferromagnetismo é um estado magneticamente ordenado no qual os spins em sub-redes interpenetrantes se alinham antiparalelamente, de modo que a magnetização líquida se anula; ferrimagnetismo é a ordem análoga com momentos de sub-redes desiguais que deixa uma magnetização líquida finita, ambos se estabelecendo abaixo de uma temperatura de ordenamento característica.

Scope

Este tópico abrange ordenamentos magnéticos além do ferromagnetismo simples: antiferromagnetismo com suas sub-redes compensadoras e temperatura de Néel, ferrimagnetismo com sub-redes desiguais e um momento líquido, a teoria de campo molecular de duas sub-redes, e arranjos helicoidais e não colineares mais complexos. Ele trata de como a troca negativa e a geometria da rede selecionam o padrão de ordenamento, a cúspide de suscetibilidade na temperatura de ordenamento, e o papel da difração de nêutrons na detecção de ordem invisível à magnetização em massa.

Core questions

• Como uma interação de troca negativa leva ao ordenamento antiparalelo de sub-redes?
• O que é a temperatura de Néel e como a suscetibilidade se comporta em torno dela?
• Como o ferrimagnetismo difere do antiferromagnetismo em seu momento líquido?
• Por que a difração de nêutrons é necessária para revelar a ordem antiferromagnética?

Key concepts

• Sub-redes antiferromagnéticas
• Temperatura de Néel e cúspide de suscetibilidade
• Ferrimagnetismo e momentos não compensados
• Teoria de campo molecular de duas sub-redes
• Estruturas magnéticas helicoidais e não colineares

Key theories

Teoria de duas sub-redes de Néel

Néel estendeu a teoria de campo molecular para duas sub-redes interpenetrantes acopladas por troca negativa, prevendo a ordem antiferromagnética abaixo de uma temperatura de Néel e, para sub-redes desiguais, o ferrimagnetismo com uma magnetização líquida, explicando o magnetismo das ferritas.

Clinical relevance

Antiferromagnetos e ferrimagnetos são centrais para a tecnologia: ferritas são usadas em transformadores, indutores e dispositivos de micro-ondas, enquanto a ordem antiferromagnética fixa camadas de referência em válvulas de spin de sensores magnéticos e está sendo explorada como um meio ativo para spintrônica antiferromagnética rápida e robusta.

History

Néel previu o antiferromagnetismo e desenvolveu a teoria do ferrimagnetismo nas décadas de 1930 e 1940, trabalho reconhecido com o Prêmio Nobel de 1970; os experimentos de difração de nêutrons de Shull no final da década de 1940 confirmaram diretamente a ordem antiferromagnética que a magnetização em massa não podia revelar.

Key figures

• Louis Néel
• Lev Landau
• Clifford Shull

Seminal works

• neel1948
• blundell2001

Frequently asked questions

Como um material pode ser magneticamente ordenado e ainda não ter magnetização líquida?

Em um antiferromagneto, as magnetizações de sub-redes iguais e opostas se cancelam exatamente, então há ordem de spin de longo alcance, mas momento líquido zero; a ordem é real e detectável por difração de nêutrons, embora as medições magnéticas em massa quase nada vejam.

Qual é a diferença entre um antiferromagneto e um ferrimagneto?

Ambos possuem sub-redes antiparalelas, mas em um antiferromagneto os momentos opostos são iguais e se cancelam, enquanto em um ferrimagneto as sub-redes são desiguais, de modo que uma magnetização líquida sobrevive, muito como em um ferromagneto.