[科普中国]-反铁磁结构

反铁磁结构是指具有反铁磁性质材料的磁结构，磁结构通常指晶体中原子磁矩空间取向的周期性和对称性，或具有某种规律性分布。

反铁磁性反铁磁性是材料的一种磁性。磁矩反平行交错有序排列，但不表现宏观强的净磁矩，这种磁有序状态称为反铁磁性。1

与铁磁性一样，其微小磁矩在磁畴内排列整齐，所不同的是，在这些材料中，反平行排列相互对立。温度愈低，其内部的这种排列愈紧。但温度上升到奈尔温度以上时，其相对磁导率略大于1，并随温度升高而增加，超过这一温度后该物质变成顺磁材料。

反铁磁结构简介反铁磁结构是指具有反铁磁性质材料的磁结构。磁结构通常指晶体中原子磁矩空间取向的周期性和对称性，或具有某种规律性分布。磁结构相对于磁矩无规取向的情况来说，磁矩在空间的规律性分布又称为磁有序。这一概念也可用于非晶态磁性合金中。

研究进展由于对外磁场不敏感，反铁磁层在磁性电子器件中是一种基本部件。在反铁磁材料中，磁矩的方向在相邻晶格位置上是相反的，因此整体上没有宏观磁性。邻近铁磁体的反铁磁体将通过磁的交换力而“钉扎”住了铁磁体的磁矩方向，从而引起磁滞回线偏移的现象，被称为“交换偏置（exchange bias）"。模型研究指出：交换偏置是由反铁磁体表面的小铁磁矩引起的。畴壁、原子台阶与晶界等缺陷被认为是产生这些磁矩的原因并决定它们的大小，因为它们破坏了反铁磁体表面的对称性。纯金属如Cr和Mn，过渡金属合金如FeMn或InMn，以及过渡金属氧化物如赤铁矿等也都表现出反铁磁性。其他如具有著名的庞磁电阻效应的锰氧化物，依掺杂浓度和温度的不同可以是反铁磁体或铁磁体。

反铁磁结构的研究之所以困难是因为缺乏宏观的磁性。这妨碍了对交换偏置微观起源的认定，早在1950年，人们就用光学方法对反铁磁体单晶的大磁畴进行了研究。X射线显微术揭示了微米尺度的反铁磁畴。但对在技术应用上十分重要、典型晶粒尺度为数十纳米的材料的畴进行成像仍无法实现。Heinze2等向前迈进了一大步，他们运用R. Wiesendanger等人早在1990年开创的自旋极化扫描隧道显微镜技术，对磁有序Mn单层的反铁磁表面结构进行了具有原子级分辨率的成像。

Heinze等人的方法通常可用于反铁磁和铁磁导电表面的研究。它的特别之处在于它无与伦比的空间分辨率.它使得我们能够对反铁磁畴壁内、台阶处及靠近杂质或缺陷处的磁结构进行详细的研究。由于其对铁磁和反铁磁有序同时都具有高灵敏度，自旋极化扫描隧道显微镜技术对于反铁磁表面上铁磁材料的最初生长阶段的研究是一种理想的工具。可能有助于回答是否是反铁磁的磁结构是通过磁交换耦合而印刻在铁磁体上的。由于在反铁磁层中反向磁矩间界面上的抑制和铁磁层中磁矩的择优取向可能引起复杂的磁结构，例如90度耦合，这种方法亦有可能提供关于台阶、表面结构和表面粗糙度对磁结构形成所起作用的有价值的信息。3

应用反铁磁材料常被用作磁性交换偏置体系的钉扎层，因而在磁记录等领域有着广泛的应用。 反铁磁半导体材料可以实现和铁磁半导体的对接，对实现半导体自旋电子学有着重要的意义。在交换偏置体系中，最重要的是界面上的自旋结构，因此研究和表征反铁磁的表面自旋结构必将有助于深入理解交换偏置的本质。4

本词条内容贡献者为:

陈红 - 副教授 - 西南大学