反铁磁性和磁序

当交换作用有利于反平行排列时，相邻自旋指向相反方向，产生反铁磁性和亚铁磁性有序，净磁化强度很小或没有。

Definition

反铁磁性是一种磁有序状态，其中相互穿插的亚晶格上的自旋反平行排列，使净磁化强度消失；亚铁磁性是类似的有序，但亚晶格磁矩不相等，留下有限的净磁化强度，两者都在一个特征有序温度以下形成。

Scope

本主题涵盖了简单铁磁性之外的磁有序：具有补偿性亚晶格和尼尔温度的反铁磁性，具有不相等亚晶格和净磁矩的亚铁磁性，双亚晶格分子场理论，以及更复杂的螺旋和非共线排列。它讨论了负交换和晶格几何如何选择有序模式，有序温度下的磁化率尖峰，以及中子衍射在检测肉眼不可见的宏观磁化强度有序中的作用。

Core questions

• 负交换作用如何导致反平行亚晶格有序？
• 尼尔温度是什么？磁化率在其附近如何表现？
• 亚铁磁性在净磁矩方面与反铁磁性有何不同？
• 为什么需要中子衍射来揭示反铁磁有序？

Key concepts

• 反铁磁亚晶格
• 尼尔温度和磁化率尖峰
• 亚铁磁性和未补偿磁矩
• 双亚晶格分子场理论
• 螺旋和非共线磁结构

Key theories

尼尔双亚晶格理论

尼尔将分子场理论扩展到由负交换耦合的两个相互穿插的亚晶格，预测了尼尔温度以下的反铁磁有序，以及对于不相等亚晶格的亚铁磁性（具有净磁化强度），解释了铁氧体的磁性。

Clinical relevance

反铁磁体和亚铁磁体是技术的核心：铁氧体用于变压器、电感器和微波器件，而反铁磁有序则固定磁传感器自旋阀中的参考层，并正在被探索作为快速、稳健的反铁磁自旋电子学的活性介质。

History

尼尔在20世纪30年代和40年代预测了反铁磁性并发展了亚铁磁性理论，这项工作获得了1970年的诺贝尔奖；沙尔在20世纪40年代末的中子衍射实验直接证实了宏观磁化强度无法揭示的反铁磁有序。

Key figures

• Louis Néel
• Lev Landau
• Clifford Shull

Seminal works

• neel1948
• blundell2001

Frequently asked questions

材料如何能在磁有序的同时没有净磁化强度？

在反铁磁体中，相等且相反的亚晶格磁化强度精确抵消，因此存在长程自旋有序但净磁矩为零；这种有序是真实存在的，可以通过中子衍射检测到，尽管宏观磁测量几乎检测不到。

反铁磁体和亚铁磁体有什么区别？

两者都具有反平行的亚晶格，但在反铁磁体中，相反的磁矩相等并相互抵消，而在亚铁磁体中，亚晶格不相等，因此存在净磁化强度，这与铁磁体非常相似。