Ferrimagneter er materialer, hvor de magnetiske momenter af atomer i forskellige subgitter er orienteret antiparallelt, som i antiferromagneter , men momenterne for de forskellige subgitter er ikke ens, og det resulterende moment er således ikke lig med nul. Ferrimagneter er karakteriseret ved spontan magnetisering. Forskellige undergitter i dem består af forskellige atomer eller ioner, for eksempel kan de være forskellige jernioner, Fe 2+ og Fe 3+ . Nogle ordnede metallegeringer har ferrimagneters egenskaber, men hovedsageligt forskellige oxidforbindelser, blandt hvilke ferriter er af den største praktiske interesse .
Ferrimagneter har en domænestruktur bestående af to eller flere subgitter koblet antiferromagnetisk (antiparallel). Da undergitterne er dannet af atomer ( ioner ) af forskellige kemiske grundstoffer eller af et ulige antal af dem, har de magnetiske momenter af forskellig størrelse, rettet antiparallelt. Som et resultat opstår der en forskel fra nul i de magnetiske momenter af subgitterne, hvilket fører til spontan magnetisering af krystallen. Ferrimagneter kan således betragtes som ukompenserede antiferromagneter (deres magnetiske momenter af atomer kompenseres ikke). Disse materialer fik deres navn fra ferriter - de første ukompenserede antiferromagneter, og ferriternes magnetisme blev kaldt ferrimagnetisme. I ferritter dannes domænestrukturen, ligesom i ferromagneter, ved temperaturer under Curie-punktet . Alle magnetiske egenskaber introduceret for ferromagneter gælder for ferritter. I modsætning til ferromagneter har de en høj resistivitet, en lavere mætningsinduktion og en mere kompleks temperaturafhængighed af induktionen. Ferromagnetisme i metaller forklares ved tilstedeværelsen af udvekslingsinteraktion , som dannes mellem kontaktende atomer, såvel som ved den gensidige orientering af spinmagnetiske momenter. I ferrimagneter er ionernes magnetiske momenter orienteret antiparallelt, og udvekslingsvekselvirkningen sker ikke direkte, men gennem oxygenionen О 2− . Denne udvekslingsinteraktion kaldes indirekte udveksling eller overbytning. Den øges, når den mellemliggende vinkel nærmer sig fra 0° til 180°.
ferrimagnetiske materialer
I øjeblikket er der meget opmærksomhed på ferriter . Ferriter er afledt af magnetit a, en naturligt forekommende permanent magnet kendt gennem menneskets historie. Det naturlige mineral, jernoxid eller magnetit Fe 3 O 4 , har længe været kendt som et af de magnetiske materialer. I betragtning af magnetits lave elektriske ledningsevne (100 Ohm⋅cm), foreslog S. Gilbert (Tyskland) allerede i 1909 at bruge det i højfrekvente magnetiske kredsløb. Men på grund af dårlige magnetiske egenskaber, og frem for alt på grund af lav magnetisk permeabilitet , har jernferritter ikke fundet praktisk anvendelse; desuden tog selve højfrekvensteknikken sine første skridt i disse år. Først efter intensiv forskning, påbegyndt i Holland i 1933, var det muligt at forbedre ferriternes egenskaber væsentligt og organisere deres udbredte introduktion til teknologi.
I 1936 blev videnskabelig forskning i denne retning startet af Philips-laboratoriet. Ved slutningen af Anden Verdenskrig, takket være J. Snoeks grundforskning i Holland, blev der udviklet en række syntetiske bløde magnetiske ferriter med en initial magnetisk permeabilitet på 10 3 [10.27].
I USSR var pionererne i udviklingen af ferriter hold af videnskabsmænd ledet af GA. Smolensky, N. N. Scholz, K. A. Piskarev, S. V. Vonsovsky, K. M. Polivanov, S. A. Medvedev, K. P. Belov, E. I. Kondorsky, R. V. Telesnin, Ya. S. Shur, T. M. Perekalina, I. I. Yamzin, L. I. Rabkin, A. I. Obraztsov og mange andre [10.30, 10.31, 10.33].
For at opnå en høj magnetisk permeabilitet af ferriter, der tilhører gruppen af polykrystallinske materialer med et kubisk fladecentreret gitter, er det nødvendigt at stræbe efter at reducere intrastrukturelle spændinger og krystallinsk anisotropi. Med andre ord skal magnetostriktions- og krystallografiske anisotropi-konstanten være tæt på nul. Forskning har fundet ud af, at hvis der dannes en fast krystallinsk opløsning af jernoxid Fe 2 O 3 med et ikke-magnetisk additiv, så kan Curie-punktet forskydes til et område tæt på stuetemperaturer, og dermed kan den magnetiske permeabilitet øges kraftigt i driftstemperaturområdet. Som en ikke-magnetisk komponent viste zinkoxid sig at være den mest egnede, da zinkferrit ikke krystalliserer i omvendt magnetisk form, men i form af en normal ikke-magnetisk spinel. I de efterfølgende år blev en stor gruppe bløde magnetiske ferritter udviklet til forskellige frekvensområder ved tilsætning af zink og nikkel eller zink og mangan. Sammenlignet med nikkel-zink, har mangan-zink ferriter højere magnetisk permeabilitet og mætning magnetisering. Sammen med dette øges den dielektriske tabs-tangens hurtigere for mangan-zink-ferritter fra en frekvens på ca. 1 MHz; årsagen til dette fænomen er skiftet i retning af lavere frekvenser af den gyromagnetiske afskæringsfrekvens, en stigning i strukturens kornstørrelse og et fald i materialets elektriske resistivitet. Derfor anvendes mangan-zink-ferritter i højkvalitetsspoler kun til drift ved frekvenser op til 2 MHz, og til drift ved frekvenser op til 300 MHz er kernerne lavet af nikkel-zink-ferritter, som også har en kubisk polykrystallinsk struktur, men lavere magnetisk permeabilitet.
Sjældne jordarters ferriter med granatstruktur har indtaget samme vigtige plads i teknologien som ferriter med spinelstruktur. Formlen for granater kan skrives som følger: Me 3 Fe 5 O 12 , hvor Me betegner en sjælden jordmetalion. Studiet af granater af sjældne jordarter blev hæmmet af det faktum, at deres struktur blev tilskrevet den forvrængede perovskittype. I 50'erne fremstillede X. Forestier og G. Guyot-Guillen (Frankrig) flere forbindelser af Fe 2 O 3 Me 2 O 3 -klassen , hvor Me betegner lanthan, praseodym, neodym, samarium, erbium, yttrium, gadolinium, thulium, dysprosium og ytterbium. De fandt ud af, at mætningsmagnetiseringen af disse forbindelser er noget lavere end mætningsmagnetiseringen af nikkelferrit, og at der er to Curie-temperaturer, over 400°C og omkring 300°C, hvor magnetiseringen er nul. Et af disse "Curie-punkter" er kompensationstemperaturen, der er karakteristisk for nogle ferrimagnetiske granater. G. Guillot mente, at dette materiale havde en kubisk struktur af perovskit-typen og etablerede en overensstemmelse mellem Curie-temperaturerne og diametrene af metalioner. I 1954 offentliggjorde R. Potenay og X. Forestier (Frankrig) yderligere data om temperaturafhængigheden af magnetiseringen for gadolinium-, dysprosium- og erbiumferriter. E. F. Berto og D. Forra (Frankrig) i 1956 undersøgte Fe 2 O 3 Me 2 O 3 -systemet mere detaljeret og foreslog tilstedeværelsen af en ny struktur for denne klasse af materialer. Denne struktur består af kubiske elementære celler indeholdende otte formelenheder 5Re 2 O 3 3Me 2 O 3 .
Denne struktur viste sig at være isomorf med den klassiske naturlige granat Ca 3 Fe 2 Si 3 O 12 . L. Néel, F. Berto, D. Forra og R. Potenay (Frankrig) kaldte denne nye gruppe af ferrimagnetiske materialer for sjældne jordarters granater.
I 1958-1970. D. Geller og A. Gileo (USA), A. G. Titova, V. A. Timofeeva og N. D. Ursulyak (USSR) fortsatte med at studere strukturen af granat og de ferrimagnetiske egenskaber af yttrium granat. Denne forbindelse viste sig at være den vigtigste repræsentant for denne klasse af stoffer. Sådanne materialer viste sig at være uundværlige i mikrobølgeapparater.