Antiferromagnétisme

La théorie familière d’Heisenberg du ferromagnétisme dans les métaux de transition 3d, le fer, le cobalt et le nickel, repose sur l’hypothèse d’une intégrale d’échange positive entre ions voisins, le ferromagnétisme n’étant pas possible dans les cas où cette intégrale est négative (`antiferromagnétique ‘). L’idée que les autres membres non ferromagnétiques de la série 3d (Sc, Ti, V, Cr, Mn) ont donc des intégrales d’échange négatives a conduit à une étude théorique des propriétés des systèmes antiferromagnétiques. Néel a été le premier à montrer qu’un tel système possède une température critique, Tc, en dessous de laquelle les moments atomiques sont alternativement parallèles et antiparallèles. Au-dessus de Tc, les moments sont désordonnés, comme dans un ferromagnétique au-dessus de sa température de Curie. La théorie a ensuite été étendue par Van Vleck et il est apparu que le modèle antiferromagnétique correspondait étroitement à un certain nombre de composés simples des métaux de transition (par exemple CrSb, MnO, MnF2). Ces premiers développements, qui ont eu lieu dès les premières années de la guerre, sont décrits dans les § 1 et 2. Une attention particulière est accordée à la théorie de Van Vleck, car elle constitue le point de départ de nombreux travaux ultérieurs. Le § 3 passe en revue les études expérimentales ultérieures des composés antiferromagnétiques, en accordant une attention particulière aux résultats obtenus par les méthodes de diffraction des neutrons. Les mesures de l’anisotropie magnétique et des légères distorsions qui se produisent dans de nombreux réseaux antiferromagnétiques lors de la mise en ordre sont également décrites en détail, et la signification théorique des observations est discutée incidemment. Les tentatives théoriques d’améliorer la théorie de Van Vleck, à la fois en étendant le modèle et en utilisant des statistiques plus précises, sont examinées au § 4. Cette section comprend également une discussion sur le mécanisme de super-échange, qui explique l’observation selon laquelle les interactions les plus fortes dans, par exemple, le MnO sont entre les ions Mn voisins les plus proches et non entre les voisins les plus proches comme on pourrait s’y attendre. La dernière section (§ 5) contient un bref aperçu de l’état actuel des métaux de transition non ferromagnétiques eux-mêmes ; on y montre comment les études récentes de Shull et Wilkinson sur la diffraction des neutrons favorisent une description par électrons collectifs, plutôt que le type de description qui réussit pour les composés antiferromagnétiques. Slater a récemment indiqué la manière d’étendre la théorie actuelle des électrons collectifs afin qu’elle puisse donner un ordre antiferromagnétique. Le rapport se termine par un tableau énumérant les articles expérimentaux sur l’antiferromagnétisme par composé et par propriété étudiée. Cela devrait être utile car il est souvent difficile de retracer le travail expérimental sur un composé particulier d’intérêt.