Ferrimagneetit ovat materiaaleja, joissa eri alihilojen atomien magneettiset momentit ovat suunnattu vastakkaisesti, kuten antiferromagneeteissa , mutta eri alihilojen momentit eivät ole yhtä suuret, joten tuloksena oleva momentti ei ole nolla. Ferrimagneeteille on ominaista spontaani magnetoituminen. Niissä olevat eri alihilat koostuvat eri atomeista tai ioneista, ne voivat olla esimerkiksi erilaisia rautaioneja, Fe 2+ ja Fe 3+ . Joillakin tilatuilla metalliseoksilla on ferrimagneettien ominaisuuksia, mutta pääasiassa erilaisia oksidiyhdisteitä, joista ferriitit ovat käytännön kiinnostavimpia .
Ferrimagneeteilla on domeenirakenne, joka koostuu kahdesta tai useammasta antiferromagneettisesti (antirinnakkaiselta) kytketystä alihilasta. Koska alihilat muodostuvat eri kemiallisten alkuaineiden atomeista ( ioneista ) tai niitä erisuuruisesta määrästä, niillä on erisuuruisia magneettisia momentteja, jotka on suunnattu vastakkaisesti. Tämän seurauksena alihiljojen magneettisissa momenteissa ilmaantuu nollasta poikkeava ero, mikä johtaa kiteen spontaaniin magnetoitumiseen. Siten ferrimagneetteja voidaan pitää kompensoimattomina antiferromagneetteina (niiden atomien magneettisia momentteja ei kompensoida). Nämä materiaalit saivat nimensä ferriiteistä - ensimmäisistä kompensoimattomista antiferromagneeteista, ja ferriittien magnetismia kutsuttiin ferrimagnetismiksi. Ferriiteissä domeenirakenne, kuten ferromagneeteissa, muodostuu Curie-pisteen alapuolella olevissa lämpötiloissa . Kaikki ferromagneeteille esitetyt magneettiset ominaisuudet koskevat ferriittejä. Toisin kuin ferromagneeteilla, niillä on korkea resistiivisyys, pienempi kyllästysinduktio ja monimutkaisempi induktion lämpötilariippuvuus. Ferromagnetismi metallissa selittyy vaihtovuorovaikutuksella , joka muodostuu kosketuksissa olevien atomien välillä, sekä spin-magneettisten momenttien keskinäisellä orientaatiolla. Ferrimagneeteissa ionien magneettiset momentit ovat suunnattu vastakkaisesti, ja vaihtovuorovaikutus ei tapahdu suoraan, vaan happi-ionin О 2− kautta . Tätä vaihtovuorovaikutusta kutsutaan epäsuoraksi vaihdoksi tai ylivaihdoksi. Se kasvaa, kun välikulma lähestyy 0°:sta 180°:een.
ferrimagneettiset materiaalit
Ferriitteihin kiinnitetään tällä hetkellä paljon huomiota . Ferriitit ovat peräisin magnetiitista a, luonnossa esiintyvästä kestomagneetista, joka tunnetaan läpi ihmiskunnan historian. Luonnollinen mineraali, rautaoksidi tai magnetiitti Fe 3 O 4 , on pitkään tunnettu yhtenä magneettisista materiaaleista. Ottaen huomioon magnetiitin alhaisen sähkönjohtavuuden (100 Ohm⋅cm), S. Gilbert (Saksa) ehdotti jo vuonna 1909 sen käyttöä suurtaajuisissa magneettipiireissä. Kuitenkin huonojen magneettisten ominaisuuksien ja ennen kaikkea alhaisen magneettisen permeabiliteetin vuoksi rautaferriitit eivät ole löytäneet käytännön käyttöä; Lisäksi korkeataajuinen tekniikka itse otti ensimmäiset askeleensa noina vuosina. Vasta Hollannissa vuonna 1933 aloitetun intensiivisen tutkimuksen jälkeen oli mahdollista parantaa merkittävästi ferriittien ominaisuuksia ja järjestää niiden laaja käyttöönotto teknologiassa.
Vuonna 1936 Philipsin laboratorio aloitti tieteellisen tutkimuksen tähän suuntaan. Toisen maailmansodan loppuun mennessä J. Snoekin Hollannissa tekemän perustutkimuksen ansiosta kehitettiin useita synteettisiä pehmeitä magneettisia ferriittejä, joiden alkuperäinen magneettinen permeabiliteetti oli 10 3 [10.27].
Neuvostoliitossa ferriittien kehityksen pioneerit olivat GA:n johtamia tutkijaryhmiä. 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 ja monet muut [10.30, 10.31, 10.33].
Monikiteisten materiaalien ryhmään kuuluvien ferriittien korkean magneettisen permeabiliteetin saavuttamiseksi kuutiopintakeskeisellä hilalla on välttämätöntä pyrkiä vähentämään rakenteen sisäisiä jännityksiä ja kiteistä anisotropiaa. Toisin sanoen magnetostriktion ja kristallografisen anisotropiavakion tulisi olla lähellä nollaa. Tutkimukset ovat osoittaneet, että jos muodostuu kiinteä kiteinen rautaoksidin Fe 2 O 3 liuos ei-magneettisen lisäaineen kanssa, Curie-piste voidaan siirtää lähelle huoneenlämpötiloja ja siten magneettista permeabiliteettia voidaan lisätä voimakkaasti käyttölämpötila-alue. Ei-magneettisena komponenttina sinkkioksidi osoittautui sopivimmaksi, koska sinkkiferriitti ei kiteydy käänteisessä magneettisessa muodossa, vaan normaalin ei-magneettisen spinellin muodossa. Seuraavina vuosina kehitettiin suuri joukko pehmeitä magneettisia ferriittejä eri taajuusalueille lisäämällä sinkkiä ja nikkeliä tai sinkkiä ja mangaania. Verrattuna nikkeli-sinkkiin, mangaani-sinkkiferriiteillä on korkeampi magneettinen permeabiliteetti ja kyllästysmagnetoituminen. Tämän myötä dielektrisen häviön tangentti kasvaa nopeammin mangaani-sinkkiferriiteillä alkaen taajuudesta noin 1 MHz; syynä tähän ilmiöön on siirtyminen kohti gyromagneettisen katkaisutaajuuden matalampia taajuuksia, rakenteen raekoon kasvu ja materiaalin sähköisen ominaisvastuksen pieneneminen. Siksi korkealaatuisissa keloissa mangaani-sinkkiferriittejä käytetään vain 2 MHz:n taajuuksilla toimimiseen ja 300 MHz:n taajuuksilla toimimiseen ytimet valmistetaan nikkeli-sinkkiferriiteistä, joissa on myös kuutioinen monikiteinen. rakenne, mutta pienempi magneettinen permeabiliteetti.
Granaattirakenteiset harvinaisten maametallien ferriitit ovat tekniikassa ottaneet saman tärkeän paikan kuin spinellirakenteiset ferriitit. Granaattien kaava voidaan kirjoittaa seuraavasti: Me 3 Fe 5 O 12 , jossa Me tarkoittaa harvinaista maametalli-ionia. Harvinaisten maametallien granaattien tutkimusta vaikeutti se, että niiden rakenne johtui vääristyneestä perovskiittityypistä. X. Forestier ja G. Guyot-Guillen (Ranska) valmistivat 50-luvulla useita Fe 2 O 3 Me 2 O 3 -luokan yhdisteitä , joissa Me tarkoittaa lantaania, praseodyymiä, neodyymiä, samariumia, erbiumia, yttriumia, gadoliinia, tuliumia, dysprosium ja ytterbium. He havaitsivat, että näiden yhdisteiden kyllästysmagnetoituminen on jonkin verran pienempi kuin nikkeliferriitin kyllästysmagnetoituminen ja että on olemassa kaksi Curie-lämpötilaa, yli 400 °C ja noin 300 °C, joissa magnetoituminen on nolla. Yksi näistä "Curie-pisteistä" on joidenkin ferrimagneettisten granaattien kompensointilämpötila. G. Guillot uskoi, että tällä materiaalilla oli perovskiittityyppinen kuutiorakenne, ja hän vahvisti vastaavuuden Curie-lämpötilojen ja metalli-ionien halkaisijoiden välillä. Vuonna 1954 R. Potenay ja X. Forestier (Ranska) julkaisivat lisätietoa gadolinium-, dysprosium- ja erbiumferriittien magnetisoinnin lämpötilariippuvuudesta. E. F. Berto ja D. Forra (Ranska) vuonna 1956 tutkivat Fe 2 O 3 Me 2 O 3 -järjestelmää yksityiskohtaisemmin ja ehdottivat uuden rakenteen olemassaoloa tälle materiaaliluokalle. Tämä rakenne koostuu kuutioisista alkeissoluista, jotka sisältävät kahdeksan kaavayksikköä 5Re 2 O 3 3Me 2 O 3 .
Tämä rakenne osoittautui isomorfiseksi klassisen luonnongranaatin Ca 3 Fe 2 Si 3 O 12 kanssa . L. Néel, F. Berto, D. Forra ja R. Potenay (Ranska) kutsuivat tätä uutta ferrimagneettisten materiaalien ryhmää harvinaisten maametallien granaateiksi.
Vuosina 1958-1970. D. Geller ja A. Gileo (USA), A. G. Titova, V. A. Timofeeva ja N. D. Ursulyak (neuvostoliitto) jatkoivat granaatin rakenteen ja yttriumgranaatin ferrimagneettisten ominaisuuksien tutkimista. Tämä yhdiste osoittautui tämän aineluokan tärkeimmäksi edustajaksi. Tällaiset materiaalit osoittautuivat välttämättömiksi mikroaaltouunissa.