Antiferromagnetismo

Antiferromagnetismo


Introducción

Las sustancias antiferromagnéticas son aquellas que presentan un valor pequeño pero siempre positivo de la susceptibilidad magnética, para todas las temperaturas, sin embargo la variación de dicha susceptibilidad con esta magnitud varía de una forma peculiar.

En un principio estos compuestos fueron considerados como paramagnéticos, con propiedadesextrañas, pero tras estudios más concienzudos, se llegó a la conclusión que estos materiales presentaban una “estructura” magnética totalmente distinta a dichos paramagnéticos.

La teoría del antiferromagnetismo se debe a Neel, en la que utiliza la teoría del campo molecular de Weiss, para su explicación.

Hemos comentado que la variación de la susceptibilidad magnética frente a la temperaturaes peculiar, pero como se produce esta variación, para ello nos basaremos en la siguiente figura:

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A partir de la observación de la figura anterior podemos explicar como varía la susceptibilidad con la temperatura, además de otros parámetros importantes. Como podemos observar la susceptibilidad aumenta, conforme disminuye la temperatura, hasta alcanzar un valor determinado, unatemperatura crítica llamada temperatura de Neel, en la cual se obtiene un máximo. La sustancia será paramagnética para temperaturas superiores a ella y antiferromagnética para temperaturas inferiores. A partir de la temperatura de Neel y en la región antiferromagnética, el valor de la susceptibilidad va disminuyendo. Esta temperatura es habitualmente mucho menor que la temperatura ambiente, por lo que parasaber si un compuesto es antiferromagnético o no hay que medir la variación de su susceptibilidad a temperaturas muy inferiores a la ambiente.

La mayoría de los compuestos antiferromagnéticos son compuestos iónicos como óxidos, clóricos... Se conocen más antiferromagnéticos que ferromagnéticos, sin embargo y, a pesar que poseen propiedades científicas muy importantes sus cualidadescomerciales no lo son tanto.

Es conveniente destacar, a partir de la figura, como varía la inversa de la susceptibilidad con la temperatura por encima de la temperatura de Neel. Observamos una clara dependencia lineal, con pendiente positiva, aumenta al aumentar la temperatura, la cual si la extrapolamos en la zona antiferromagnética obtenemos un punto de corte con el eje T, para un valor usualmentenegativo el cual lo definimos como θ. Podemos expresar la ecuación de la recta:

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Si operamos:
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Llegamos a la conclusión que el compuesto cumple la ley de Curie-Weiss, pero para un valor negativo de θ.

Debido a que θ es proporcional al coeficiente del campo molecular γ, este campo Hm, en la región paramagnética se opone al campo aplicado H, donde H trata de alinear los momentoiónicos y por tanto Hm a desalinearlos. Esto se debe precisamente al valor negativo de θ. Imaginemos la actuación del campo molecular en un pequeño elemento de nuestro sistema, la tendencia es que si un momento iónico señala en una dirección determinada, el momento iónico adyacente contrarresta esta tendencia debido a que apunta en la dirección opuesta, por tanto la fuerza de intercambio esnegativa.

Por debajo de la temperatura crítica la tendencia del alineamiento antiparalelo de los momentos iónicos es lo suficientemente fuerte como para actuar incluso en ausencia de campo aplicado, ya que los efectos aleatorios de la energía térmica son muy escasos. La estructura de los iones magnéticos en el cristal se rompe en dos subestructuras, que llamaremos A y B, teniendo de ese modo,momentos más o menos opuestos.

La tendencia del compuesto a disponerse de este modo antiparalelo se hace mayor mientras más pequeño sea el valor de la temperatura frente a TN, hasta llegar al límite de los 0 K donde el orden antiparalelo es perfecto.

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Podemos observar como las distintas subestructuras están antiparalelamente orientadas unas frente a otras.
Vemos que un material...