Основные типы магнитных состояний вещества

 
Таблица 2.7. Магнитные свойства ферритов-шпинелей
Материал 
Параметр 
MgFe
2
O
4
MnF
2
O
4
 
CoF
2
O
4
 
NiF
2
O
4
 
Li
0,5
F
2,5
O
4
 
Температура Кюри, К 
713 
573 
793 
858 
943 
Относительная начальная 
магнитная проницаемость, отн. ед. 
36 
250 
25 
40–80 
33 
Намагниченность насыщения, 
кА/м (300 K) 
477 
119 
422 
255 
285 
Ферриты-гранаты имеют кубическую структуру граната
14
с общей формулой R
3
Fe
5
O
12
, 
где R – редкоземельный элемент (Gd
3+
, Tb
3+
, Dy
3+
, Ho
3+
, E
3+
r, Sm
3+
, Eu
3+
) или Y
3+
. Это 
типичные ферримагнетики. 
Ортоферриты – группа ферритов с кристаллической решеткой, идентичной структуре 
перовскита, образованной с участием редкоземельных элементов или иттрия по общей 
формуле RFeO
3
. По сравнению с ферритами-гранатами они имеют небольшую 
намагниченность, так как обладают антиферромагнетизмом и только при температурах 
порядка нескольких градусов Кельвина – ферримагнетизмом. 
Гексаферриты имеют гексагональную кристаллическую решетку и общую формулу 
MeO 6(Fe
2
O
3
), где Me = Ba
2+
, Sr
2+
, Pb
2+
. Их элементарная ячейка состоит из двух шпинельных 
блоков, разделённых между собой ионами Pb
2+
(Ba
2+
или Sr
2+
), O
2−
и Fe
3+
. Это 
ферримагнетики. Благодаря высокой коэрцитивной силе их применяют для изготовления 
постоянных магнитов.
Большинство ферритов со структурой шпинели, феррит-гранат иттрия и некоторые 
гексаферриты используются как магнитомягкие материалы. При введении примесей и 
создании нестехиометричности состава (переменности состава как по катионам, так и по 
кислороду) их электропроводность изменяется в широких пределах. Она сильно возрастает 
при появлении в окисных соединениях разновалентных катионов (главным образом Fe
2+
и 
Fe
3+
), что вызывается отклонением от стехиометрического состава, наличием вакансий, 
примесных ионов. Особенно это характерно для ферритов-шпинелей. В них между ионами 
Fe
2+
и Fe
3+
, находящимися в одинаковых кристаллографических узлах (обычно 
октаэдрических), происходят перескоки электронов с иона на ион, вследствие чего 
электропроводность резко возрастает (по механизму прыжковой проводимости) и 
14
Гранаты – группа минералов с общей формулой Me
2+
3
Me
3+
2
[SiO
4
]
3
, где Me
2+
= Mg, Fe, Mn, Ca, Me
3+
= Al, Fe, 
Cr. 

---

63 
ферриты-шпинели становятся магнитными полупроводниками. В случае ферритов-гранатов 
отклонения от стехиометрического состава меньше, и поэтому их электропроводность 
обычно сохраняется низкой. 
Характерной особенностью оксидных магнитных диэлектриков является наличие в них 
помимо обычных механизмов поляризации диэлектриков (электронного, ионного и 
ориентационного) дополнительной поляризации, обусловленной скоплением электрических 
зарядов на границах кристаллических зёрен, вакансиях и других дефектах. Этот механизм 
особенно сильно проявляется в поликристаллических материалах. Он обуславливает 
большую величину статической (или низкочастотной) диэлектрической проницаемости 
(вплоть до 10
5
). Однако в области частот СВЧ-диапазона она снижается до нескольких 
единиц, соответствующих электронной и ионной поляризациям. Это приводит к увеличению 
диэлектрических потерь. 
Многие ортоферриты (RFeO
3
) и перовскиты-манганиты (RMnO
3
) являются 
мультиферроиками. Среди них наиболее изучен феррит висмута BiFeO
3
. Температуры 
электрического упорядочения (температура Кюри) и антиферромагнитного упорядочения 
(температура Нееля) у него совпадают и составляют 1083 K. Это мультиферроик первого 
типа – сегнетоэлектрическое упорядочение происходит в нем независимо от магнитного.
Важным практическим достоинством BiFeO
3
является наличие у него ромбоэдрически 
искажённой перовскитной кристаллической структуры, схожей с той, в которую 
кристаллизуются некоторые магнитные металлы и сплавы, что позволяет комбинировать их 
друг с другом в эпитаксиальных гетероструктурах. Кроме того, этот материал показал 
приемлемую совместимость с кремниевой технологией. Использование буферного слоя из 
SrTiO
3
или LaO
2/3
Sr
1/3
MnO
3
позволяет создавать эпитаксиальные пленки BiFeO
3
на 
подложках из монокристаллического Si, что актуально для полупроводниковой 
спинтроники. 
Свойствами 
магнитных 
диэлектриков 
обладают 
также 
мелкодисперсные 
ферромагнитные порошки (Fe, Ni, Fe
3
O
4
) спрессованные с каким-либо диэлектриком 
(парафином, смолой и другими). Так как в таких материалах не возникают вихревые токи, 
они получили определенное применение в СВЧ технике, конкурируя с ферритами. Новые 
уникальные магнитные свойства придают прессованным композиционным материалам 
наполнители из наночастиц – наночастиц металлов, углеродных нанотрубок, нанотрубок 
нитрида бора, фуллеренов.