Научная статья по физике на тему "Магнитоориентационные фазовые переходы"

Магнитоориентационные фазовые переходы. В исследованиях о магнитных фазовых переходах заметное место занимают  магнитоориентационные, или спин-переориентационные переходы. Это такие переходы, при которых один вид магнитного порядка переходит в другой вид, например, ферромагнетизм — в антиферромагнетизм или коллинеарный антиферромагнетизм — в неколлинеарный антиферромагнетизм. Они могут проходить спонтанно (под влиянием температуры) или вынужденно под влиянием магнитного поля и упругих напряжений. Магнитоориентационные фазовые переходы характеризуются тем, что при изменении внешних параметров Т, Р и Н меняется ориентация вектора I_s, относительно кристаллографических осей. Параметром упорядочения ῃ в данном случае является угол Ө поворота вектора I_s относительно осей кристалла. Данные переходы могут быть фазовыми переходами 1-го и 2-го рода и они определяются изменением модулей и знаков констант магнитной анизотропии  K₁ и К₂.

В случае, когда рассматриваются магнитно-одноосные кристаллы,  спонтанный ориентационный  переход возникает при той температуре, при которой первая константа анизотропии K₁ меняет знак. В таком случае положение вектора I_s становится неустойчивым, и он начинает переориентироваться в кристалле. Если при этом К₂<0, то переориентация происходит скачком (переход 1-го рода), если К₂>0, то переориентация осуществляется постепенно, в некотором случае в довольно большом интервале температур, ограниченном температурами Т₁ и Т₂. Такие переходы описываются с помощью разложения термодинамического потенциала по четным степеням параметра упорядочения Ө:

W=W₀+αsin²Ө + βsin⁴Ө – IHsinӨ.                                                   (1.3)

3. Метамагнитные переходы. Магнитные переходы возникают в антиферромагнетиках и носят скачкообразный характер  (обычно переходы 1-го рода).  Если обменное взаимодействие небольшое, то внешнее поле, большее некоторого критического поля Н_кр, вызывает непосредственно переход антиферромагнетизм–ферромагнетизм (спин-флип). Если, кроме обменного взаимодействия, в антиферромагнетике имеется значительная магнито-кристаллографическая анизотропия, то внешнее поле Н≥Н_кр вызывает опрокидывание магнитных подрешеток (так называемый спин-флоп):  магнитные моменты подрешеток ориентируются перпендикулярно Н, т.е. располагаются в положение,  энергетически более выгодное для них.

Для веществ, в которых могут происходить метамагнитные  переходы, строят магнитные фазовые диаграммы. При достижении определенной температуры и магнитного поля в веществе может проявляться магнитная тройная (трикритическая) точка Т_трикр, в которой сосуществуют три состояния вещества; антиферромагнитное, метамагнитное  и парамагнитное. В магнитном поле, выше тройной точки, при повышении температуры  наблюдаются переходы: антиферромагнитизм - метамагнетизм – парамагнетизм [5].