关于磁结构介绍

[拼音]：cijiegou

[外文]：magnetic structures

通常指晶体中原子磁矩空间取向的周期性和对称性，或具有某种规律性分布。相对于磁矩无规取向的情况来说，磁矩在空间的规律性分布又称为磁有序。这一概念也可用于非晶态磁性合金中（见非晶态材料）。目前已发现的磁结构有共线和非共线两大类。

对于晶体和部分非晶态固体，共线磁性结构有如下三种。

（1）铁磁性磁结构。在相当大的区域(10-4cm)内原子磁矩的空间取向一致。W.K.海森伯在理论上指出，这是原子间电子交换作用所致。

（2）反铁磁性磁结构。在一列晶位 (或一个晶面)上的原子磁矩的取向与其近邻原子磁矩取向相反，因磁矩大小相等，故互相抵消， 总磁矩为零。例如 MnO的情况（图1）。P. W. 安德森用间接交换作用对这一问题做了详细的讨论。 ③亚铁磁性磁结构。是一种未抵消的反铁磁性磁结构。由于两种（或多种）磁性原子（或离子）的磁矩大小不等和取向相反所致，铁氧体磁性属这种磁结构。

中子衍射技术是唯一能直接测定出晶体中各种磁性原子的磁矩在空间取向的实验手段。通过中子衍射发现有些稀土元素及其合金的磁结构，具有非共线的特点。图2示出了一些稀土元素的磁结构的特点。每一个圆形轨道代表某个晶面，箭头代表磁矩的取向，或是在c轴和平面的分量。

稀土元素的磁性来源于4f电子，它局域在原子核附近的内层轨道上，因此，原子中4f电子无法与近邻原子中的4f电子发生直接交换作用。但是，4f电子可使游动的s电子极化。这种极化了的s电子对4f电子的自旋取向有影响。结果形成以s电子为媒介，使稀土原子中4f电子之间发生间接交换作用。这种交换作用模型称为RKKY理论（由四位作者Ruderman、Kittel、Kasuya和Yosida姓氏的第一个字母组成）。

根据上述理论计算得到的交换作用积分（相互作用能量大小）是原子间距的波动函数（即可正，可负），再考虑到磁矩受各向异性的影响，在空间的取向会发生周期性变化。这样，RKKY理论比较好地解释了非共线磁结构的各种情况。

随着人们对非晶态金属磁性的深入研究，在一些稀土-过渡金属合金磁性薄膜中，发现了一些新型的磁结构（见散磁性）。

散铁磁性。在一些非晶态性合金中(如Y-Fe、Nd-Fe等)，各原子磁矩取相对于总平均方向有一定偏离的磁结构。

散反铁磁性。是一种无规反铁磁性磁结构（如TbAg合金薄膜）。

散亚铁磁性。在具有两套次网络的非晶态合金（Dy-Co，Dy-Fe等）中，各原子磁矩相对于某特定方向有一定分散性。因两套网络上的总磁矩大小不等，方向相反而形成散亚铁磁性磁结构。

存在上述三种磁结构的原因在于，稀土原子具有很强的局域各向异性，而其原子间4f电子的交换作用相对较弱，因而磁矩的取向有一角分散，例如DyCo3中Dy的磁矩的分散角约140°。而Co原子的交换作用很强，所以其磁矩取向无分散，Fe原子的磁矩有很小的分散角，因而形成散亚铁磁性。与Ni或 Y等磁矩为零的原子形成合金薄膜时，而出现散铁磁性。

散铁磁性和顺磁性的区别在于，前者的原子磁矩取向并不随时间作无规涨落运动。