Antiferromagnetisme

De bekende Heisenberg theorie van ferromagnetisme in de 3d overgangsmetalen ijzer, kobalt en nikkel, berust op de aanname van een positieve uitwisselingsintegraal tussen naburige ionen, daar ferromagnetisme niet mogelijk is in gevallen waar deze integraal negatief is (` antiferromagnetisch’). Het idee dat de overblijvende niet-ferromagnetische leden van de 3d reeks (Sc, Ti, V, Cr, Mn) derhalve negatieve uitwisselingsintegraal hebben, leidde tot een theoretische studie van de eigenschappen van antiferromagnetische systemen. Néel toonde als eerste aan dat zo’n systeem een kritische temperatuur, Tc, heeft waaronder de atoommomenten afwisselend parallel en antiparallel gerangschikt zijn. Boven Tc zijn de momenten ongeordend, zoals in een ferromagnetisch systeem boven zijn Curietemperatuur. De theorie werd later uitgebreid door Van Vleck en toen bleek dat het antiferromagnetische model goed paste bij een aantal eenvoudige verbindingen van de overgangsmetalen (b.v. CrSb, MnO, MnF2). Deze vroege ontwikkelingen, die zich tegen de eerste oorlogsjaren hadden voorgedaan, worden beschreven in § 1 en 2. Bijzondere aandacht wordt geschonken aan de theorie van Van Vleck, omdat deze het uitgangspunt vormt voor veel later werk. In § 3 passeren latere experimentele studies van antiferromagnetische verbindingen de revue, waarbij bijzondere aandacht wordt geschonken aan de resultaten verkregen met de methoden van neutronendiffractie. Metingen van magnetische anisotropie en van de lichte vervormingen die in vele antiferromagnetische roosters optreden bij het ordenen, worden eveneens in detail beschreven, en de theoretische betekenis van de waarnemingen wordt terloops besproken. De theoretische pogingen om de Van Vleck-theorie te verbeteren, zowel door het model uit te breiden als door nauwkeuriger statistieken te gebruiken, worden in § 4 behandeld. Dit deel bevat ook een bespreking van het superexchange mechanisme, dat een verklaring geeft voor de waarneming dat de sterkste interacties in, zeg, MnO plaatsvinden tussen naast elkaar gelegen Mn-ionen en niet tussen naaste buren zoals men zou verwachten. Het laatste deel (§ 5) bevat een kort overzicht van de huidige status van de niet-ferromagnetische overgangsmetalen zelf; aangetoond wordt hoe de recente neutronendiffractiestudies van Shull en Wilkinson de voorkeur geven aan een collectieve elektronenbeschrijving, in plaats van aan het soort beschrijving dat succesvol is voor de antiferromagnetische verbindingen. De manier om de huidige collectieve-elektronentheorie uit te breiden zodat zij antiferromagnetische ordening kan opleveren, is onlangs door Slater aangegeven. Het verslag eindigt met een tabel waarin de experimentele artikelen over antiferromagnetisme per verbinding en per bestudeerde eigenschap worden opgesomd. Dit zou nuttig moeten zijn, aangezien het vaak moeilijk is om het experimentele werk aan een bepaalde interessante verbinding te traceren.