固体中的磁性

反铁磁性

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想象一张棋盘,每个红格里立着一根朝上的指南针,每个黑格里立着一根朝下的。整张棋盘井然有序——有严格、重复的图案——可你退后一看,朝上与朝下抵消得如此完美,以至于整块东西在磁性上像一片空白。这种隐藏的、交替的有序,就是反铁磁性。

它出现在交换相互作用做出与铁里相反之事的时候:不是推邻居趋同,而是推每个原子去和邻居反着指。在某个温度以下,磁矩落入这种反向排列,锁成两支相互交错、指向相反的队伍。每支队伍都完全有序,却恰好相互抵消,所以材料对磁铁只有极微弱的吸引——有有序,却没有任何净磁性。

反铁磁体的重要性,远超其外表的温顺。它们是自旋电子器件和磁头读取的核心,而同样这种反向对齐的倾向,还潜伏在高温超导体内部。常见的误解是:因为反铁磁体对外什么也不显,就以为它“没有磁性”;事实上它内部有序得极其强烈、极其刚硬——只是这种有序被安排成了自我隐藏的样子。

氧化锰是第一种被证实为反铁磁的材料。中子束能感知原子磁矩的指向,它揭示出额外的衍射点,显示自旋在晶体里上—下—上—下地排布——这种有序对普通磁铁是隐形的。

中子衍射在氧化锰中第一次让反铁磁有序变得可见。

在弱磁铁看来,反铁磁性和普通顺磁性可能很像,但它们的内部截然不同:顺磁体是杂乱无序、可被磁场轻推的状态,而反铁磁体是一套刚硬的、自组织的反向自旋点阵。

又称
反铁磁性