Особенности ферримагнетиков. 
Физика магнетизма

Ферримагнетики получили свое название от ферритов, под которыми понимают химические соединения оксида железа Fе 2 О 3 с оксидами других металлов. В настоящее время используют сотни разных марок ферритов, отличающихся по химическому составу, кристаллической структуре, магнитным, электрическим и другим свойствам. От парамагнетиков ферриты отличаются нелинейными магнитными свойствами и высокой магнитной восприимчивостью, являющимися следствием их доменного строения, а по сравнению с ферромагнетиками ферриты имеют существенно меньшую индукцию насыщения.

Теоретическое объяснение особенностей магнитных свойств ферритов впервые было дано Л. Неелем. В соответствии с предложенной им теорией ферримагнетизма, в оксидных магнетиках решающую роль играет косвенное обменное взаимодействие, осуществляемое при участии кислородных ионов. Механизм косвенного обменного взаимодействия поясняет рисунок 6.8, а. Внешняя 2 р-оболочка кислородного аниона О 2 — полностью заполнена электронами, причем спиновые моменты попарно скомпенсированы. В то же время незаполненные 3d-оболочки катионов никеля и железа имеют соответственно два или пять нескомпенсированных спинов. Предполагается, что в кристаллической решетке оксидного магнетика диамагнитный ион кислорода может возбуждаться и отдавать один из своих валентных электронов катиону, например, катиону никеля. Принцип Паули требует, чтобы спин переходящего электрона был антипараллелен магнитному моменту катиона. Отдавая электрон, кислородный анион приобретает магнитный момент и участвует в обменном взаимодействии с другим соседним катионом, в данном случае — с катионом железа. Благодаря сильному перекрытию электронных оболочек это обменное взаимодействие носит антиферромагнитный характер. Конечным результатом такого сложного электронного процесса является антипараллельная ориентация магнитных моментов взаимодействующих катионов.

Схема косвенного обменного взаимодействия в феррите никеля: а — расположение спинов в наружных оболочках взаимодействующих ионов; б — перекрытие электронных оболочек ионов Энергия косвенного обменного взаимодействия зависит от расстояния между ионами и их пространственной координации. Обменное взаимодействие максимально, если три взаимодействующих иона находятся на одной прямой (рисунок 5, б). Наоборот, обменное взаимодействие будет наиболее слабым, если ионы находятся в прямоугольной координации друг к другу. Такой эффект объясняют направленностью в распределении пространственной плотности электронного заряда ионов кислорода, имеющей вид вытянутых р — орбиталей (т.е. гантелевидную форму).