Antiferromagnetismo

Antiferromagnetismoa azaltzen duten materialek, atomo eta molekulen momentu magnetikoa, normalean elektroien spinekin erlazionatuta dagoena, alboko spinekin patroi erregular bat jarraituz lerrokatu egiten dira kontrako norabidera seinalatuz. Hau ferromagnetismoan eta ferrimagnetismoan azaltzen den bezala, magnetismo ordenatuaren adierazpen bat da.

Normalean, antiferromagnetismo ordena tenperatura baxuetan agertzen da eta Néel tenperaturan eta tenperatura horretatik gora deuseztatu egiten da.^[1] Néel tenperatura Louis Néel-engatik jarri zen, mota honetako ordenamendu magnetikoa identifikatzen lehena izan zena. Néel tenperaturaren gainetik materiala guztiz paramagnetikoa bilakatzen da.

Neurketa

Kanpo eremua aplikatzen ez denean, estruktura anteferromagnetikoak magnetizazioaren desagarpen osoarekin erantzuten du. Kanpo eremu magnetikoan, aldiz, konportamendu ferrimagnetiko modukoa ikus daiteke fase antiferromagnetikoan, non subsarearen balio magnetiko absolutua beste subsarearekiko ezberdina den, eta ondorioz balio magnetiko osoa zero ez den. Tenperatura zero absolutua denean magnetizazio osoa zero izan beharko zen arren, askotan spinen makurduraren efektuak magnetizazio oso txikia garatzea eragiten du, hematitan ikus daitekeen moduan.

Material antiferromagnetiko baten suszeptilitate magnetikoa normalean maximoa erakusten du Néel tenperaturan. Ferromagnetiko paramagnetikoko trantsizioan, aldiz, suszeptibilitatea aldakorra izango da, antiferromagnetikoen magnetizazioan bezalaxe.

Zenbait interakzio mikroskopiko momentu magnetikoen edo spinen artean estruktura antiferromagnetikoetara jo ahalko dezakete. Kasurik sinpleenean, Ising modeloa kontsidera daiteke biparteko sareentzako, adibidez, sare kubiko sinplea, alboko spinen arteko akoplamenduarekin. Interakzioaren seinalearen arabera, orden ferromagnetikoa edo antiferromagnetikoa behatuko da. Frustrazio geometrikoak edo interakzio ferro- eta antiferromagnetikoen arteko lehiaketak estruktura ezberdinak, eta agian, magnetikoki konplexuagoak, eragingo dituzte.

Material antiferromagnetikoak

Material antiferromagnetikoak normalean trantsizio metalak dituzten konposatuen artean eratzen dira, bereziki oxidoetan. Adibideen artean hematita, kromo bezalako metalak, burdin manganeso (FeMn) bezalako aleazioak eta nikel oxidoa (NiO) bezalako oxidoak aurkitzen dira. Nuklearitate altuko metalen adibide asko ere aurkitzen dira. Molekula organikoek baita ere akoplamendu antiferromagnetismoa azaldu dezakete baina baldintza konkretu batzuetan, 5-deshidro m-xilileno radikaletan ematen den bezala.

Konposatu antiferromagnetikoak ferromagnetikoekin akoplatu daitezke, adibidez norabide aldaketa deitzen den mekanismoaren bidez. Mekanismo honetan kapa ferromagnetikoa antiferromagnetikoaren gainean hazi egiten da edo eremu magnetiko lerrokatu batean indartu egiten da, horrela ferromagnetikoaren gainazaleko atomoak antiferromagnetikoaren gainazaleko atomoekin lerrokatu egiten dira. Honek film ferromagnetikoa finkatzeko ahalmena ematen dio, sentsore magnetikoaren oinarriak direnak. Geruza antiferromagnetikoak alboko geruza ferromagnetikoaren magnetizazio norabidea finkatzeko ahalmena galtzen duen tenperaturari blokeo tenperatura esaten zaio. Tenperatura horretan eta tenperatura horretatik gora geruzak ahalmen hori galtzen du eta normalean Néel tenperatura baino baxuagoa izaten da.

Frustrazio Geometrikoa

Ferromagnetismoan ez bezala, antiferromagnetismoan ematen diren elkarrekintzen ondorioz zenbait egoera perfektu egon daitezke (oinarrizko egoerak, energia minimoko egoerak). Dimentsio bakarrean, antiferromagnetikoaren oinarrizko egoera norabideen serie txandakatuak dira: gora, behera, gora, behera, etb. Hala ere, bi dimentsioetan hainbat oinarrizko egoera eman daitezke.

Hau adibide batekin aztertuko dugu. Triangelu aldekide bat suposatzen dugu, hiru spinekin, bakoitza erpin batean kokatuta. Spin bakoitza soilik bi balore hartu ahal baditu (gora eta behera), sistemaren 2^3= 8 egoera posible egon daitezke, horietatik 6 oinarrizko egoerak direnak. Oinarrizko egoerak ez diren beste bi aukerak 3 spinak norabide berdinean daudenean dira, hau da, hirurak gora edo hirurak behera daudenean. Beste sei aukeretan, 2 elkarrekintza faboratu egongo dira eta bat ez faboratua. Hau frustrazioa azaltzen du, hau da, sistemaren ezintasuna oinarrizko egoera bakarra aurkitzeko. Mota honetako konportamendu magnetikoa estrukturan kristalen metaketak dituzten mineraletan aurkitu da, Kagome sarean eta sare hexagonaletan bezala adibidez.

Beste propietateak

Antiferromagnetiko sintetikoak, normalean SAF izenak laburduak, antiferromagnetiko artifizialak dira zeinetan ferromagnetikoaren bi kapa mehe edo gehiago magnetikoa den kapa batekin bananduta dauden. ^[2]Geruza ferromagnetikoen dipolo akoplamenduak ferromagnetoen magnetizazioaren alineazio antiparaleloa ematen du.

Antiferromagnetismoak magnetorresistentzia handian izugarrizko garrantzia dauka, 1988.urtean premio Nobel Saria irabazi zuten Albert Fert eta Peter Grunberg aurkitu zuten bezala (2007 sarituta), antiferromagnetiko sintetikoekin.

Material desordenatuen adibideak daude, burdin fosfato beira bezala adibidez, zeinetan materialaren Néel tenperatura azpitik antiferromagnetikoak bilakatzen diren. Sare desordenatu hauek ondoko spinen antiparaleloa frustratzen dute, hau da, ezin da sare bat eratu zeinetan spin bakoitza kontrako spinekin inguratuta dauden. Soilik esan daiteke ondoko spinen bataz besteko korrelazioa antiferromagnetikoa dela. Mota honetako magnetismoa esperomagnetismo modura ezagutu daiteke.

Heisenberg-en antiferromagnetiko anisotropikoetan fenomeno interesgarri bat ematen da, non eremu batean spin-flop faseak eta supersolidoak egonkortu daitekezkeen. Azkenengo fase hau azken aldiz Takeo Matsubara eta H. Matsuda-ren bitartez azaldu zen 1956.urtean.