Antiferromagnetism

Den välkända Heisenbergteorin om ferromagnetism i 3d-övergångsmetallerna järn, kobolt och nickel bygger på antagandet av ett positivt utbytesintegral mellan närliggande joner, eftersom ferromagnetism inte är möjlig i de fall där detta integral är negativt (antiferromagnetiskt). Tanken att de återstående icke-ferromagnetiska medlemmarna i 3d-serien (Sc, Ti, V, Cr, Mn) därför har negativa utbytesintegraler ledde till en teoretisk studie av egenskaperna hos antiferromagnetiska system. Néel var den förste som visade att ett sådant system har en kritisk temperatur, Tc, under vilken de atomära momenten är växelvis parallella och antiparallella. Över Tc är momenten oordnade, som i ett ferromagnetiskt system ovanför Curietemperaturen. Teorin utvidgades senare av Van Vleck och det blev då uppenbart att den antiferromagnetiska modellen stämde väl överens med ett antal enkla föreningar av övergångsmetallerna (t.ex. CrSb, MnO, MnF2). Denna tidiga utveckling, som hade ägt rum under krigets första år, beskrivs i §§ 1 och 2. Särskild uppmärksamhet ägnas Van Vlecks teori, eftersom den utgör en utgångspunkt för mycket senare arbete. I § 3 granskas senare experimentella studier av antiferromagnetiska föreningar, där särskild uppmärksamhet ägnas åt de resultat som erhållits med hjälp av neutron diffraktionsmetoder. Mätningar av magnetisk anisotropi och av de små förvrängningar som uppstår i många antiferromagnetiska gitter vid ordnande beskrivs också i detalj, och den teoretiska betydelsen av observationerna diskuteras i förbigående. De teoretiska försöken att förbättra Van Vleck-teorin, både genom att utvidga modellen och genom att använda mer exakt statistik, behandlas i punkt 4. Detta avsnitt innehåller också en diskussion om superexchange-mekanismen, som förklarar observationen att de starkaste interaktionerna i t.ex. MnO sker mellan näst närmast angränsande Mn-joner och inte mellan närmast angränsande grannar som man skulle kunna förvänta sig. Det sista avsnittet (§ 5) innehåller en kort översikt över den nuvarande statusen för de icke-ferromagnetiska övergångsmetallerna själva; det visas hur de nyligen genomförda neutron diffraktionsstudierna av Shull och Wilkinson gynnar en kollektiv elektronbeskrivning, snarare än den typ av beskrivning som är framgångsrik för de antiferromagnetiska föreningarna. Sättet att utvidga den nuvarande kollektiva elektronteorin så att den kan ge antiferromagnetiska ordningar har nyligen angivits av Slater. Rapporten avslutas med en tabell med en förteckning över experimentella artiklar om antiferromagnetism efter förening och studerad egenskap. Detta bör vara användbart eftersom det ofta är svårt att spåra det experimentella arbetet med en viss förening av intresse.