Antiferromagnetisme

Den velkendte Heisenberg-teori om ferromagnetisme i de tredive overgangsmetaller jern, kobolt og nikkel hviler på antagelsen om et positivt udvekslingsintegral mellem naboioner, da ferromagnetisme ikke er muligt i tilfælde, hvor dette integral er negativt (antiferromagnetisk). Ideen om, at de resterende ikke-ferromagnetiske medlemmer af 3d-serien (Sc, Ti, V, Cr, Mn) derfor har negative udvekslingsintegraler, førte til en teoretisk undersøgelse af egenskaberne ved antiferromagnetiske systemer. Néel var den første til at vise, at et sådant system har en kritisk temperatur, Tc, under hvilken de atomare momenter skiftevis er anbragt parallelt og antiparallelt. Over Tc er momenterne uordnet, som i et ferromagnetisk stof over dets Curie-temperatur. Teorien blev senere udvidet af Van Vleck, og det viste sig derefter, at den antiferromagnetiske model passede godt til en række simple forbindelser af overgangsmetallerne (f.eks. CrSb, MnO, MnF2). Denne tidlige udvikling, som var sket i de første krigsår, er beskrevet i § § § 1 og 2. Der lægges særlig vægt på Van Vlecks teori, da den danner udgangspunktet for meget senere arbejde. I § 3 gennemgås senere eksperimentelle undersøgelser af antiferromagnetiske forbindelser, idet der lægges særlig vægt på de resultater, der er opnået ved hjælp af neutron diffraktionsmetoderne. Målinger af magnetisk anisotropi og af de små forvrængninger, som opstår i mange antiferromagnetiske gitter ved ordening, beskrives også i detaljer, og den teoretiske betydning af observationerne diskuteres i øvrigt. De teoretiske forsøg på at forbedre Van Vleck-teorien, både ved at udvide modellen og ved at anvende mere nøjagtige statistikker, behandles i § 4. Dette afsnit indeholder også en diskussion af superexchange-mekanismen, som forklarer observationen af, at de stærkeste vekselvirkninger i f.eks. MnO er mellem næstnærmeste nabo-Mn-ioner og ikke mellem nærmeste naboer, som man kunne forvente. Det sidste afsnit (§ 5) indeholder en kort oversigt over den nuværende status for de ikke-ferromagnetiske overgangsmetaller selv; det vises, hvordan de nylige neutron diffraktionsundersøgelser af Shull og Wilkinson favoriserer en kollektiv elektronbeskrivelse, snarere end den slags beskrivelse, som er vellykket for de antiferromagnetiske forbindelser. Den måde at udvide den nuværende kollektive elektronteori på, så den kan give antiferromagnetisk ordening, er for nylig blevet angivet af Slater. Rapporten afsluttes med en tabel med en liste over eksperimentelle artikler om antiferromagnetisme efter forbindelse og efter den studerede egenskab. Dette skulle være nyttigt, da det ofte er vanskeligt at spore det eksperimentelle arbejde på en bestemt forbindelse af interesse.