مضاد المغناطيسية

المغناطيسية المضادة هي نوع من أنواع الترتيب المغناطيسي ، إلى جانب المغناطيسية الحديدية والمغناطيسية الحديدية المضادة . في المواد المغناطيسية المضادة، تتجه ثنائيات الأقطاب المغناطيسية الفردية بطريقة تجعل مغنطة المادة الكلية معدومة . في أبسط نموذج، كما هو موضح في الصورة على اليمين، تتجه العزوم المتجاورة في شبكة مرتبة بشكل معاكس لبعضها البعض. ^{[ 1 ]} نظرًا لوجود طرق متعددة لترتيب العزوم المغناطيسية على الشبكة (خاصة في ثلاثة أبعاد)، توجد أنواع مختلفة من الترتيب المغناطيسي المضاد. ^{[ 1 ]} وصف ليف لانداو ظاهرة المغناطيسية المضادة لأول مرة عام 1933. ^{[ 2 ]}

عموماً، قد يوجد ترتيب مضاد للمغناطيسية عند درجات حرارة منخفضة بما فيه الكفاية، ولكنه يختفي عند درجة حرارة نيل وما فوقها - نسبةً إلى لويس نيل ، الذي كان أول من حدد هذا النوع من الترتيب المغناطيسي. ^{[ 3 ]} فوق درجة حرارة نيل، تكون المادة عادةً مغناطيسية مسايرة .

عند عدم تطبيق مجال مغناطيسي خارجي، يتوافق التركيب المضاد للمغناطيسية مع انعدام المغنطة الكلية. في وجود مجال مغناطيسي خارجي، قد يظهر نوع من السلوك الفيرومغناطيسي في الطور المضاد للمغناطيسية، حيث تختلف القيمة المطلقة لمغنطة إحدى الشبكات الفرعية عن مغنطة الشبكة الفرعية الأخرى، مما ينتج عنه مغنطة كلية غير صفرية. على الرغم من أن المغنطة الكلية يجب أن تكون صفرًا عند درجة حرارة الصفر المطلق ، إلا أن تأثير انحراف العزم المغناطيسي غالبًا ما يتسبب في ظهور مغنطة كلية صغيرة، كما هو الحال في الهيماتيت على سبيل المثال . ^{[ 4 ]}

تُظهر قابلية التمغنط للمادة المضادة للمغناطيسية عادةً قيمة عظمى عند درجة حرارة نيل. في المقابل، عند الانتقال من الطور المغناطيسي الحديدي إلى الطور المغناطيسي المساير، تتباعد قابلية التمغنط. في حالة المادة المضادة للمغناطيسية، يُلاحظ تباعد في قابلية التمغنط المتناوبة .

قد تؤدي تفاعلات مجهرية (تبادلية) متنوعة بين العزوم المغناطيسية أو اللف المغزلي إلى بنى مضادة للمغناطيسية. في أبسط الحالات، يمكن اعتبار نموذج إيزينغ على شبكة ثنائية الأجزاء ، مثل الشبكة المكعبة البسيطة ، مع اقترانات بين اللف المغزلي في مواقع الجوار الأقرب. وبناءً على إشارة هذا التفاعل، سينتج ترتيب مغناطيسي حديدي أو مضاد للمغناطيسية. وقد يؤدي الإحباط الهندسي أو التفاعلات المتنافسة بين المغناطيسية الحديدية والمضادة للمغناطيسية إلى بنى مغناطيسية مختلفة، وربما أكثر تعقيدًا.

إن العلاقة بين المغنطة والمجال المغناطيسي غير خطية كما هو الحال في المواد المغناطيسية الحديدية . ويعود ذلك إلى مساهمة حلقة التخلف المغناطيسي ^{[ 5 ]} ، والتي تتضمن في المواد المغناطيسية الحديدية مغنطة متبقية .

تم إثبات وجود البنى المضادة للمغناطيسية لأول مرة من خلال حيود النيوترونات لأكاسيد المعادن الانتقالية مثل أكاسيد النيكل والحديد والمنغنيز. وقد أعطت التجارب التي أجراها كليفورد شول النتائج الأولى التي تُظهر إمكانية توجيه ثنائيات الأقطاب المغناطيسية في بنية مضادة للمغناطيسية. ^{[ 6 ]}

تنتشر المواد المضادة للمغناطيسية بين مركبات المعادن الانتقالية ، وخاصة الأكاسيد. ومن الأمثلة على ذلك الهيماتيت ، ومعادن مثل الكروم ، وسبائك مثل الحديد والمنغنيز (FeMn)، وأكاسيد مثل أكسيد النيكل (NiO). كما توجد أمثلة عديدة في التجمعات المعدنية ذات العدد الذري الكبير. ويمكن للجزيئات العضوية أيضًا أن تُظهر اقترانًا مضادًا للمغناطيسية في ظروف نادرة، كما هو الحال في الجذور الحرة مثل 5-ديهيدرو-م-زيلين .

يمكن للمواد المضادة للمغناطيسية أن تقترن بالمواد المغناطيسية الحديدية، على سبيل المثال، من خلال آلية تُعرف باسم انحياز التبادل ، حيث يتم إما تنمية طبقة مغناطيسية حديدية فوق المادة المضادة للمغناطيسية الحديدية أو تلدينها في مجال مغناطيسي مُحاذي، مما يؤدي إلى اصطفاف ذرات سطح المادة المغناطيسية الحديدية مع ذرات سطح المادة المضادة للمغناطيسية الحديدية. وهذا يوفر القدرة على "تثبيت" اتجاه طبقة مغناطيسية حديدية، وهو أحد الاستخدامات الرئيسية لما يُسمى بصمامات الدوران ، والتي تُعد أساسًا لأجهزة الاستشعار المغناطيسية، بما في ذلك رؤوس القراءة في محركات الأقراص الصلبة الحديثة . تُسمى درجة الحرارة التي تفقد عندها الطبقة المضادة للمغناطيسية الحديدية قدرتها على "تثبيت" اتجاه مغنطة طبقة مغناطيسية حديدية مجاورة بدرجة حرارة الحجب لتلك الطبقة، وعادةً ما تكون أقل من درجة حرارة نيل.

على عكس المغناطيسية الحديدية، يمكن أن تؤدي التفاعلات المضادة للمغناطيسية الحديدية إلى حالات مثلى متعددة (حالات أساسية - حالات ذات طاقة دنيا). في بُعد واحد، تكون الحالة الأساسية المضادة للمغناطيسية الحديدية عبارة عن سلسلة متناوبة من اللف المغزلي: لأعلى، لأسفل، لأعلى، لأسفل، وهكذا. ومع ذلك، في بُعدين، يمكن أن تحدث حالات أساسية متعددة.

لنفترض مثلثًا متساوي الأضلاع بثلاثة محاور مغناطيسية، محور على كل رأس. إذا كان لكل محور قيمتان فقط (أعلى أو أسفل)، فإن هناك 2³ ⁼ 8 حالات ممكنة للنظام، ست منها حالات أساسية. الحالتان اللتان لا تُعتبران حالات أساسية هما عندما تكون جميع المحاور الثلاثة لأعلى أو جميعها لأسفل. في أي من الحالات الست الأخرى، سيكون هناك تفاعلان مُفضّلان وتفاعل واحد غير مُفضّل. يُوضح هذا مفهوم الإحباط : عجز النظام عن إيجاد حالة أساسية واحدة. وقد وُجد هذا النوع من السلوك المغناطيسي في معادن ذات بنية بلورية متراصة، مثل شبكة كاغومي أو الشبكة السداسية .

المواد المضادة للمغناطيسية الاصطناعية (والتي يُشار إليها اختصارًا بـ SAF) هي مواد مضادة للمغناطيسية اصطناعية تتكون من طبقتين أو أكثر من المواد المغناطيسية الحديدية الرقيقة، تفصل بينها طبقة غير مغناطيسية. ^{[ 7 ]} يؤدي اقتران ثنائي القطب بين الطبقات المغناطيسية الحديدية إلى محاذاة متوازية عكسية لمغنطة المواد المغناطيسية الحديدية.

تلعب خاصية التضاد المغناطيسي دورًا حاسمًا في الأجهزة التي تستخدم المقاومة المغناطيسية العملاقة (GMR)، وهي ظاهرة اكتشفها ^{[ 8 ] [ 9 ]} عام 1988 العالمان الحائزان على جائزة نوبل ، ألبرت فيرت وبيتر غرونبيرغ (الذين مُنحت لهما الجائزة عام 2007). أولًا، نظرًا لاستخدام المواد المضادة للمغناطيسية كطبقات تثبيت، وثانيًا، لأن تصميم الجهاز الأصلي (طبقات متعددة من الحديد والكروم والحديد مع ضبط دقيق لسمك طبقة الكروم ^{[ 10 ]} ) يُعدّ مادة مضادة للمغناطيسية اصطناعية. ^{[ 11 ]}

توجد أيضًا أمثلة على مواد غير منتظمة (مثل زجاج فوسفات الحديد) تصبح مضادة للمغناطيسية عند درجة حرارة أقل من درجة حرارة نيل. تعمل هذه الشبكات غير المنتظمة على "إعاقة" التوازي المعاكس للدوران المغزلي المتجاور؛ أي أنه لا يمكن إنشاء شبكة يكون فيها كل دوران مغزلي محاطًا بدوران مغزلي مجاور معاكس. لا يمكن تحديد سوى أن متوسط ​​الارتباط بين الدورانات المغزلية المتجاورة مضاد للمغناطيسية. يُطلق على هذا النوع من المغناطيسية أحيانًا اسم المغناطيسية الفراغية .

• تحيز التبادل
• المقاومة المغناطيسية العملاقة – ظاهرة تتضمن تغير الموصلية في الطبقات المعدنية 
• مغناطيس محبط هندسيًا - هياكل معقدة في فيزياء المادة. صفحات تعرض أوصافًا موجزة للأهداف المعاد توجيهها. 
• نموذج إيزينغ – نموذج رياضي للمغناطيسية الحديدية في الميكانيكا الإحصائية 
• نموذج ANNNI – أحد أشكال نموذج Ising 
• موتنس – عوازل كهربائية يُتوقع عادةً أن تكون موصلات. صفحات تعرض أوصافًا مختصرة لأهداف إعادة التوجيه 
• سائل الدوران الكمومي – حالة المادة 
• المغناطيسية الحديدية – آلية تتشكل بها المواد في شكل مغناطيس وتنجذب إليه 
• المغناطيسية المعاكسة – الخاصية المغناطيسية للمواد العادية 

• الوسائط المتعلقة بمضادات المغناطيسية على ويكيميديا ​​كومنز
• المغناطيسية: النماذج والآليات في E. Pavarini، E. Koch، وU. Schollwöck: الظواهر الناشئة في المواد المترابطة، Jülich 2013، ISBN 978-3-89336-884-6