Czym jest uporządkowanie dalekozasięgowe w ferro- i antyferromagnetykach?

Pytanie

Pyta Marcin

Czym jest uporządkowanie dalekozasięgowe w ferro- i antyferromagnetykach? W jaki sposób opisać można różnicę w dalekozasięgowym uporządkowaniu momentów magnetycznych, a krótkozasięgowym, w materiałach magnetycznych, zwłaszcza jeśli dotyczy to ferro- i antyferromagnetyków?

Odpowiedź

Odpowiada dr Miłosz Panfil

Atomy lub cząsteczki w materiałach ferro- lub antyferromagnetycznych posiadają moment magnetyczny, więc możemy je sobie wyobrazić jako małe magnesy. Uporządkowanie oznacza, że te małe magnesy są zorientowane względem siebie w ustalony sposób. Na przykład, w materiałach ferromagnetycznych bieguny tych wyobrażonych magnesów są skierowane w tym samym kierunku, tworząc tym samym jeden duży magnes. Natomiast w materiale antyferromagnetycznym zorientowane są one naprzemiennie. Wciąż są więc uporządkowane, lecz tym razem nie tworzą jednego dużego magnesu, ponieważ ich pole magnetyczne kasowane jest przez pole magnetyczne zorientowanego przeciwnie sąsiada.

Jednym z narzędzi do badania uporządkowania są tak zwane funkcje korelacji. W tym przypadku istnienie korelacji odpowiada na pytanie czy momenty magnetyczne dwóch odległych od siebie atomów są od siebie zależne czy nie. W materiałach w których występuje uporządkowanie wiemy, że jeżeli moment magnetyczny jednego atomu jest skierowany w jedną stronę, to moment magnetyczny drugiego atomu będzie skierowany w tę samą stronę (ewentualnie dokładnie w przeciwną stronę, jeżeli materiał jest antyferromagnetykiem i pomiędzy tymi dwoma atomami jest parzysta ilość atomów). Mówimy wtedy o uporządkowaniu dalekozasięgowym, jego zasięg ma rozmiary substancji.

W materiałach w których nie ma uporządkowania, orientacje momentów magnetycznych są losowe. Wiedza o tym, że w danym miejscu moment magnetyczny jest skierowany w daną stronę nie pozwala nam nic powiedzieć o orientacji momentu magnetycznego oddalonego od niego atomu. W najlepszym razie, w wyniku bezpośredniego oddziaływania, sąsiednie atomy będą miały podobnie skierowane momenty magnetyczne. Możemy wtedy mówić o uporządkowaniu krótkozasięgowym, czyli takim, które bardzo szybko znika wraz z odległością. Jego zasięg sięga najwyżej kilku odległości międzyatomowych.