Долгое время не существовало экспериментальных методов, которые могли бы непосредственно подтвердить существование антиферромагнитной структуры. В 1949 было показано, что антиферромагнитную структуру можно обнаружить и изучить методами нейтронографии. Нейтроны не имеют электрического заряда, но обладают магнитным моментом. Пучок медленных нейтронов, проходящий через антиферромагнетик, взаимодействует с магнитными ионами вещества и испытывает рассеяние. Экспериментально получаемая зависимость числа рассеянных нейтронов от угла рассеяния позволяет определить расположение магнитных ионов в антиферромагнетике и среднее значение их магнитных моментов.

  За создание антиферромагнитного порядка и определённую ориентацию магнитных моментов ионов относительно кристаллографических осей ответственны два рода сил: за порядок — силы обменного взаимодействия (электрической природы), за ориентацию — силы магнитной анизотропии. В А. обменные силы стремятся установить каждую пару соседних магнитных моментов строго антипараллельно. Но они не могут предопределить направление моментов относительно кристаллографических осей. Это направление называется осью лёгкого намагничивания и определяется силами магнитной анизотропии. Последние представляют собой результат магнитного взаимодействия соседних магнитных ионов и более сложных взаимодействий электронов магнитных ионов с действующими внутри кристалла электрическими полями.

  В соответствии с этими двумя типами сил при теоретическом описании А. вводят 2 эффективных магнитных поля: обменное поле Н_е и поле анизотропии Н_а. Представление о том, что в антиферромагнетике действуют 2 эффективных магнитных поля, позволяет объяснить многие свойства., в частности их поведение в переменных внешних магнитных полях. Переход из парамагнитного состояния в антиферромагнитное при температуре Нееля T_n происходит путём (фазового перехода 2-го рода. Особенность этого перехода состоит в плавном (без скачка), но очень крутом нарастании среднего значения магнитного момента каждого иона вблизи T_n (рис. 3). Этим объясняются указанные выше аномалии — возрастание удельной теплоёмкости вблизи T_n и подобное ему температурное изменение коэффициента теплового расширения, модулей упругости и ряда др. величин.

  Изучение антиферромагнетиков внесло существенный вклад в развитие современных представлений о физике магнитных явлений. Открыты: новые типы магнитных структур — слабый ферромагнетизм, геликоидальные структуры и др. (см. Магнитная структура), обнаружены новые явления: пьезомагнетизм, магнетоэлектрический эффект, расширены представления об обменном и других типах взаимодействия в магнетиках. Практического применения А. пока не нашёл. Это связано с тем, что при переходе в антиферромагнитное состояние большая часть макроскопических физических свойств меняется мало. Исключение составляют высокочастотные свойства антиферромагнетиков. Во многих антиферромагнетиках наблюдается сильное резонансное поглощение электромагнитного излучения для длин волн от 1 см до 0,001 см (см. Антиферромагнитный резонанс).

  Лит.: Киренский Л. В., Магнетизм, 2 изд., М., 1967; Боровик-Романов А. С., Антиферромагнетизм, в сборнике: Антиферромагнетизм и ферриты, М., 1962 (Итоги науки. Физ.-мат. науки, т. 4); Редкоземельные ферромагнетики и антиферромагнетики, М., 1965.

  А. С. Боровик-Романов.

Рис. 3. Температурная зависимость среднего значения магнитного момента

 иона в каждом узле подрешётки;  — собственный магнитный момент иона.

Рис. 1. Температурная зависимость магнитной восприимчивости c: а — для парамагнетика, не претерпевающего перехода в упорядоченное состояние вплоть до самых низких температур (c = С/Т); б — для парамагнетика, переходящего в антиферромагнитное состояние при Т = Tn; в — для поликристаллического антиферромагнетика; г — для монокристаллического антиферромагнетика вдоль оси лёгкого намагничивания (c_||), д — для монокристаллического антиферромагнетика в направлениях, перпендикулярных оси лёгкого намагничивания (c_^).

Рис. 2. Магнитная структура: а — кубического антиферромагнетика MnO (период магнитной структуры а_m в два раза больше периода кристаллической структуры a_o), б — тетрагонального антиферромагнетика MnF₂. Узлы с одинаковым направлением магнитных моментов образуют пространственную магнитную подрешётку.

Антиферромагнетик

Антиферромагне'тик, вещество, в котором установился антиферромагнитный порядок магнитных моментов атомов или ионов (см. Антиферромагнетизм). Обычно вещество становится А. ниже определённой температуры T_N (см. Нееля точка) и остаётся А. вплоть до Т = 0 К. Среди элементов А. являются твёрдый кислород (a-модификация при Т < 24 К), хром (T_N = 310 К), а также ряд редкоземельных металлов. В последних обычно наблюдаются сложные антиферромагнитные структуры в температурной области между T_N и (OK < T₁ < T_N). При более низких температурах они становятся ферромагнетиками. Данные о наиболее известных А. — редких землях — приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Элемент	T1	TN
Dy	85	179
Ho	20	133
Er	20	85
Tu	22	60
Tb	219	230

Таблица 2.

Соединение	TN
MnO	120
FeO	190
CoO	290
NiO	650
2	72
2	250
2	37,7
2	73,2
4	12
4	21
4	12
4	37
3	32,5
3	35
3	38
3	25

  Число известных химических соединений, которые становятся А. при определённых температурах, приближается к тысяче. Ряд наиболее простых А. и их температуры T_N приведены в табл. 2.

  Бо'льшая часть А. обладает значениями T_N, лежащими существенно ниже комнатной температуры. Для всех гидратированных солей T_N не превышает 10 К, например T_N = 4,31 К у CuCl₂·2H₂O.

  Лит.: см. при ст. Антиферромагнетизм.

  А. С. Боровик-Романов.