Ferrimagneter är material där de magnetiska momenten för atomer i olika subgitter är orienterade antiparallellt, som i antiferromagneter , men momenten för de olika subgittren är inte lika, och det resulterande momentet är därför inte lika med noll. Ferrimagneter kännetecknas av spontan magnetisering. Olika subgitter i dem består av olika atomer eller joner, till exempel kan de vara olika järnjoner, Fe 2+ och Fe 3+ . Vissa beställda metallegeringar har ferrimagneters egenskaper, men främst olika oxidföreningar, bland vilka ferriter är av största praktiska intresse .
Ferrimagneter har en domänstruktur som består av två eller flera subgitter kopplade antiferromagnetiskt (antiparallellt). Eftersom subgittren bildas av atomer ( joner ) av olika kemiska grundämnen eller av ett ojämnt antal av dem, har de magnetiska moment av olika storlek, riktade antiparallellt. Som ett resultat uppträder en skillnad från noll i de magnetiska momenten hos subgittren, vilket leder till spontan magnetisering av kristallen. Således kan ferrimagneter betraktas som okompenserade antiferromagneter (deras magnetiska moment av atomer kompenseras inte). Dessa material fick sitt namn från ferriter - de första okompenserade antiferromagneterna, och ferriternas magnetism kallades ferrimagnetism. I ferriter bildas domänstrukturen, som i ferromagneter, vid temperaturer under Curie-punkten . Alla magnetiska egenskaper som introduceras för ferromagneter är tillämpliga på ferriter. Till skillnad från ferromagneter har de en hög resistivitet, en lägre mättnadsinduktion och ett mer komplext temperaturberoende av induktionen. Ferromagnetism i metaller förklaras av närvaron av utbytesinteraktion , som bildas mellan kontaktande atomer, såväl som av den ömsesidiga orienteringen av spinnmagnetiska moment. I ferrimagneter är jonernas magnetiska moment orienterade antiparallellt, och utbytesinteraktionen sker inte direkt, utan genom syrejonen О 2− . Denna utbytesinteraktion kallas indirekt utbyte eller överutbyte. Den ökar när den mellanliggande vinkeln närmar sig från 0° till 180°.
ferrimagnetiska material
För närvarande ägnas mycket uppmärksamhet åt ferriter . Ferriter härrör från magnetit a, en naturligt förekommande permanentmagnet känd genom mänsklighetens historia. Det naturliga mineralet järnoxid eller magnetiten Fe 3 O 4 har länge varit känt som ett av de magnetiska materialen. Med tanke på magnetitens låga elektriska ledningsförmåga (100 Ohm⋅cm), föreslog S. Gilbert (Tyskland) redan 1909 att den skulle användas i högfrekventa magnetiska kretsar. Men på grund av dåliga magnetiska egenskaper, och framför allt på grund av låg magnetisk permeabilitet , har järnferriter inte funnit praktisk användning; dessutom tog själva högfrekvenstekniken sina första steg under dessa år. Först efter intensiv forskning, påbörjad i Holland 1933, var det möjligt att avsevärt förbättra ferriternas egenskaper och organisera deras utbredda introduktion i teknik.
1936 startades vetenskaplig forskning i denna riktning av Philips-laboratoriet. Vid slutet av andra världskriget, tack vare J. Snoeks grundforskning i Holland, utvecklades ett antal syntetiska mjuka magnetiska ferriter med en initial magnetisk permeabilitet på 10 3 [10.27].
I Sovjetunionen var pionjärerna i utvecklingen av ferriter team av vetenskapsmän ledda av GA. Smolensky, N. N. Scholz, K. A. Piskarev, S. V. Vonsovsky, K. M. Polivanov, S. A. Medvedev, K. P. Belov, E. I. Kondorsky, R. V. Telesnin, Ya. S. Shur, T. M. Perekalina, I. I. Yamzin, L. I. Rabkin, A. I. Obraztsov och många andra [10.30, 10.31, 10.33].
För att erhålla en hög magnetisk permeabilitet av ferriter som tillhör gruppen av polykristallina material med ett kubiskt ytcentrerat gitter är det nödvändigt att sträva efter att minska intrastrukturella spänningar och kristallin anisotropi. Med andra ord, konstanten för magnetostriktion och kristallografisk anisotropi bör vara nära noll. Forskning har funnit att om en fast kristallin lösning av järnoxid Fe 2 O 3 med en icke-magnetisk tillsats bildas, kan Curie-punkten förskjutas till ett område nära rumstemperatur, och därmed kan den magnetiska permeabiliteten ökas kraftigt i driftstemperaturområdet. Som en icke-magnetisk komponent visade sig zinkoxid vara den mest lämpliga, eftersom zinkferrit inte kristalliseras i omvänd magnetisk form, utan i form av en normal icke-magnetisk spinell. Under de följande åren utvecklades en stor grupp mjuka magnetiska ferriter för olika frekvensområden genom tillsats av zink och nickel eller zink och mangan. Jämfört med nickel-zink har mangan-zink ferriter högre magnetisk permeabilitet och mättnadsmagnetisering. Tillsammans med detta ökar den dielektriska förlusttangenten snabbare för mangan-zinkferriter från en frekvens på cirka 1 MHz; Anledningen till detta fenomen är förskjutningen mot lägre frekvenser av den gyromagnetiska gränsfrekvensen, en ökning av strukturens kornstorlek och en minskning av materialets elektriska resistivitet. Därför, i högkvalitativa spolar, används mangan-zinkferriter endast för drift vid frekvenser upp till 2 MHz, och för drift vid frekvenser upp till 300 MHz, är kärnorna gjorda av nickel-zinkferriter, som också har en kubisk polykristallin struktur, men lägre magnetisk permeabilitet.
Sällsynta jordartsferriter med granatstruktur har tagit samma viktiga plats inom tekniken som ferriter med spinellstruktur. Formeln för granater kan skrivas på följande sätt: Me 3 Fe 5 O 12 , där Me betecknar en sällsynt jordartsmetalljon. Studiet av granater av sällsynta jordartsmetaller hämmades av det faktum att deras struktur tillskrevs den förvrängda perovskittypen. På 50-talet framställde X. Forestier och G. Guyot-Guillen (Frankrike) flera föreningar av Fe 2 O 3 Me 2 O 3 -klassen , där Me betecknar lantan, praseodym, neodym, samarium, erbium, yttrium, gadolinium, thulium, dysprosium och ytterbium. De fann att mättnadsmagnetiseringen av dessa föreningar är något lägre än mättnadsmagnetiseringen av nickelferrit, och att det finns två Curie-temperaturer, över 400°C och runt 300°C, vid vilka magnetiseringen är noll. En av dessa "Curie-punkter" är kompensationstemperaturen som är karakteristisk för vissa ferrimagnetiska granater. G. Guillot trodde att detta material hade en kubisk struktur av perovskittyp och etablerade en överensstämmelse mellan Curie-temperaturerna och diametrarna på metalljoner. 1954 publicerade R. Potenay och X. Forestier (Frankrike) ytterligare data om temperaturberoendet av magnetiseringen för gadolinium, dysprosium och erbiumferriter. E. F. Berto och D. Forra (Frankrike) 1956 undersökte Fe 2 O 3 Me 2 O 3 -systemet mer i detalj och föreslog närvaron av en ny struktur för denna klass av material. Denna struktur består av kubiska elementära celler som innehåller åtta formelenheter 5Re 2 O 3 3Me 2 O 3 .
Denna struktur visade sig vara isomorf med den klassiska naturliga granaten Ca 3 Fe 2 Si 3 O 12 . L. Néel, F. Berto, D. Forra och R. Potenay (Frankrike) kallade denna nya grupp av ferrimagnetiska material för sällsynta jordartsmetaller granater.
Åren 1958-1970. D. Geller och A. Gileo (USA), A. G. Titova, V. A. Timofeeva och N. D. Ursulyak (USSR) fortsatte att studera granatstrukturen och de ferrimagnetiska egenskaperna hos yttriumgranat. Denna förening visade sig vara den viktigaste representanten för denna klass av ämnen. Sådana material visade sig vara oumbärliga i mikrovågsapparater.