固體中的磁性
反鐵磁性
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想像一張棋盤,每個紅格裡立著一根朝上的指南針,每個黑格裡立著一根朝下的。整張棋盤井然有序——有嚴格、重複的圖案——可你退後一看,朝上與朝下抵消得如此完美,以至於整塊東西在磁性上像一片空白。這種隱藏的、交替的有序,就是反鐵磁性。
它出現在交換相互作用做出與鐵裡相反之事的時候:不是推鄰居趨同,而是推每個原子去和鄰居反著指。在某個溫度以下,磁矩落入這種反向排列,鎖成兩支相互交錯、指向相反的隊伍。每支隊伍都完全有序,卻恰好相互抵消,所以材料對磁鐵只有極微弱的吸引——有有序,卻沒有任何淨磁性。
反鐵磁體的重要性,遠超其外表的溫順。它們是自旋電子器件和磁頭讀取的核心,而同樣這種反向對齊的傾向,還潛伏在高溫超導體內部。常見的誤解是:因為反鐵磁體對外什麼也不顯,就以為它「沒有磁性」;事實上它內部有序得極其強烈、極其剛硬——只是這種有序被安排成了自我隱藏的樣子。
氧化錳是第一種被證實為反鐵磁的材料。中子束能感知原子磁矩的指向,它揭示出額外的繞射點,顯示自旋在晶體裡上—下—上—下地排布——這種有序對普通磁鐵是隱形的。
中子繞射在氧化錳中第一次讓反鐵磁有序變得可見。
在弱磁鐵看來,反鐵磁性和普通順磁性可能很像,但它們的內部截然不同:順磁體是雜亂無序、可被磁場輕推的狀態,而反鐵磁體是一套剛硬的、自組織的反向自旋點陣。
又稱
另見