反铁磁性
在原子自旋(磁矩)受交换作用而呈现有序排列的磁性材料中，如果相邻原子自旋间是受负的交换作用，自旋为反平行排列，则磁矩虽处于有序状态(称为序磁性)，但总的净磁矩在不受外场作用时仍为零。这种磁有序状态称为反铁磁性。
2017年7月，中德科学家携手日前在氧化物自旋电子学领域取得重要突破，首次制备出基于全氧化物外延体系的人工反铁磁体，并观察到随外加磁场的分步磁化翻转模式。
- 中文名 反铁磁性
- 物质 净磁矩为零
- 概念解析 相邻价电子的自旋趋于相反方向
- 轻镧系元素等 都具有反铁磁性
概念解析
在原子自旋(磁矩)受交换作用而呈现有序排列的磁性材料中，如果相邻原子自旋间是受负的交换作用，自旋为反平行排列，则磁矩虽处于有序状态(称为序磁性)，但总的净磁矩在不受外场作用时仍为零。这种磁有序状态称为反铁磁性。注:①这种材料当加上磁场后其磁矩倾向于沿磁场方向排列，即材料显示出小的正磁化率。但该磁化率与温度相关，并在奈尔点有最大值。②用主要磁现象为反铁磁性物质制成的材料，称为反铁磁材料。
在反铁磁性物质内部，相邻价电子的自旋趋于相反方向。这种物质的净磁矩为零，不会产生磁场。这种物质比较不常见，大多数反铁磁性物质只存在于低温状况。假设温度超过奈耳温度，则通常会变为具有顺磁性。例如，铬、锰、轻镧系元素等等，都具有反铁磁性。
性能介绍
反铁磁性 指由于电子自旋反向平行排列。在同一子晶格中有自发磁化强度，电子磁矩是同向排列的;在不同子晶格中，电子磁矩反向排列。两个子晶格中自发磁化强度大小相同，方向相反，整个晶体磁化率接近于0。反铁磁性物质大都是金属化合物，如MnO。温度升高到一定时，反铁磁物质表现出顺磁性，转变温度称为反铁磁性物质的居里点或奈尔点。对奈尔点存在的解释是:在极低温度下，由于相邻原子的自旋完全反向，其磁矩几乎完全抵消，故磁化率几乎接近于0。当温度上升时，使自旋反向的作用减弱，增加。当温度升至奈尔点以上时，热扰动的影响较大，此时反铁磁体与顺磁体有相同的磁化行为。反铁磁性物质置於磁场中，其邻近原子之磁矩相等而排列方向刚好相反，因此其磁化率为零。许多过渡元素之化合物都有这种反铁磁性。研究发现，纯金属α-Mn、Cr等是属于反铁磁性。还有许多金属氧化物如MnO、Cr2O3CuO、NiO等也属于反铁磁性。
相关应用
物质之磁矩是由其内每一原子内之电子之自旋，及轨道运动所产生之磁矩和及原子间之交互作用之和。利用物质之磁矩对中子磁矩作用产生之绕射现象，可以测定物质内原子磁矩之分布方向和次序。利用中子绕射而测得之MnF₂和NiO二种反铁磁性物质之磁矩结构。在MnF₂反铁磁性物质中，Mn离子其3d轨道未饱和之电子受到磁场磁化之磁矩依面心立方晶格〔Fcc〕而分布，因在每一角落上离子之磁矩都是同一方向。而在其立方面上之离子磁矩都在同一相反方向。其向量和等于零，因而此种物质之磁化率，X等于零。物质在磁场中之取向效应受到热激动的抵抗，因而其磁化率随温度而变。当温度等于某一温度-尼尔温度(Neel Temperature)时，反铁磁物质的磁化率会稍微上升，当温度超过尼尔温度TN时，则反铁磁性物质之磁性近于顺磁性。
研究发展
2017年7月，中德科学家携手日前在氧化物自旋电子学领域取得重要突破，首次制备出基于全氧化物外延体系的人工反铁磁体，并观察到随外加磁场的分步磁化翻转模式。
人工反铁磁体不仅是多种新型自旋电子学器件（如磁随机存储器等）的重要组成部分，也是研究反铁磁材料基础问题的重要载体。上世纪八十年代末，人工反铁磁体中巨磁阻效应的发现，促成了自旋电子学的诞生，同时也正是因为其在商业磁存储等领域的成功应用，使得当今云存储和云计算等新兴产业成为可能。长期以来，针对人工反铁磁体材料、物理和器件的研究，多集中于过渡金属及其合金材料，但成功制备全氧化物人工反铁磁体却鲜有报道。