Ferrimagnety jsou materiály, ve kterých jsou magnetické momenty atomů různých podmřížek orientovány antiparalelně, jako u antiferomagnetik , ale momenty různých podmřížek nejsou stejné, a proto výsledný moment není roven nule. Ferimagnety se vyznačují spontánní magnetizací. Různé podmřížky v nich sestávají z různých atomů nebo iontů, mohou to být například různé ionty železa, Fe 2+ a Fe 3+ . Vlastnosti ferimagnetik mají některé uspořádané slitiny kovů, ale především různé oxidové sloučeniny, z nichž největší praktický zájem mají ferity .
Ferrimagnetika mají doménovou strukturu sestávající ze dvou nebo více podmřížek spojených antiferomagneticky (antiparalelně). Protože podmřížky jsou tvořeny atomy ( ionty ) různých chemických prvků nebo jejich nestejným počtem, mají magnetické momenty různé velikosti, orientované antiparalelně. V důsledku toho se objeví nenulový rozdíl v magnetických momentech podmřížek, což vede ke spontánní magnetizaci krystalu. Ferimagnetika lze tedy považovat za nekompenzovaná antiferomagnetika (není kompenzovány jejich magnetické momenty atomů). Tyto materiály dostaly své jméno podle feritů - prvních nekompenzovaných antiferomagnetů a magnetismus feritů se nazýval ferimagnetismus. Ve feritech se doménová struktura, stejně jako u feromagnetik, vytváří při teplotách pod Curieovým bodem . Všechny magnetické charakteristiky zavedené pro feromagnetika platí pro ferity. Na rozdíl od feromagnetik mají vysoký měrný odpor, nižší indukci saturace a složitější teplotní závislost indukce. Feromagnetismus v kovech je vysvětlen přítomností výměnné interakce , která se vytváří mezi kontaktujícími se atomy, a také vzájemnou orientací spinových magnetických momentů. Ve ferrimagnetech jsou magnetické momenty iontů orientovány antiparalelně a výměnná interakce neprobíhá přímo, ale prostřednictvím iontu kyslíku О 2− . Tato výměnná interakce se nazývá nepřímá výměna nebo nadměrná výměna. Zvyšuje se, když se střední úhel blíží od 0° do 180°.
ferimagnetických materiálů
V současné době je velká pozornost věnována feritům . Ferity jsou odvozeny z magnetitu a, přirozeně se vyskytujícího permanentního magnetu známého v celé historii lidstva. Přírodní minerál, oxid železa nebo magnetit Fe 3 O 4 , je již dlouho znám jako jeden z magnetických materiálů. Vzhledem k nízké elektrické vodivosti magnetitu (100 Ohm⋅cm) navrhl S. Gilbert (Německo) již v roce 1909 jeho použití ve vysokofrekvenčních magnetických obvodech. Avšak kvůli špatným magnetickým vlastnostem a především kvůli nízké magnetické permeabilitě nenašly železné ferity praktické využití; kromě toho samotná vysokofrekvenční technika udělala své první kroky v těchto letech. Teprve po intenzivním výzkumu, zahájeném v Holandsku v roce 1933, bylo možné výrazně zlepšit vlastnosti feritů a zorganizovat jejich široké zavedení do technologie.
V roce 1936 zahájila vědecký výzkum v tomto směru laboratoř Philips. Do konce druhé světové války byla díky základnímu výzkumu J. Snoeka v Holandsku vyvinuta řada syntetických měkce magnetických feritů s počáteční magnetickou permeabilitou 10 3 [10.27].
V SSSR byly průkopníky ve vývoji feritů týmy vědců v čele s GA. Smolensky, N. N. Scholz, K. A. Piskarev, S. V. Vonsovský, K. M. Polivanov, S. A. Medveděv, K. P. Belov, E. I. Kondorskij, R. V. Telesnin, Ya. S. Shur, T. M. Perekalina, I. I. Yamzin, L. I. Rabkin, A. I. Obraztsov a mnoho dalších [10.30, 10.31, 10.33].
Pro dosažení vysoké magnetické permeability feritů patřících do skupiny polykrystalických materiálů s kubickou plošně centrovanou mřížkou je nutné usilovat o snížení intrastrukturních napětí a krystalické anizotropie. Jinými slovy, konstanta magnetostrikce a krystalografické anizotropie by se měla blížit nule. Výzkum zjistil, že pokud se vytvoří pevný krystalický roztok oxidu železa Fe 2 O 3 s nemagnetickou přísadou, pak se Curieův bod může posunout do oblasti blízké pokojovým teplotám, a tak se magnetická permeabilita může prudce zvýšit v rozsah provozních teplot. Jako nemagnetická složka se jako nejvhodnější ukázal oxid zinečnatý, protože ferit zinečnatý nekrystalizuje v obrácené magnetické formě, ale ve formě normálního nemagnetického spinelu. V následujících letech byla vyvinuta velká skupina měkkých magnetických feritů pro různé frekvenční rozsahy přidáním zinku a niklu nebo zinku a manganu. Ve srovnání s nikl-zinkem mají mangan-zinkové ferity vyšší magnetickou permeabilitu a saturační magnetizaci. Spolu s tím tangens dielektrických ztrát roste rychleji u mangan-zinkových feritů počínaje frekvencí asi 1 MHz; důvodem tohoto jevu je posun gyromagnetické mezní frekvence směrem k nižším frekvencím, zvětšení zrnitosti struktury a snížení elektrického odporu materiálu. U kvalitních cívek se proto mangan-zinkové ferity používají pouze pro provoz do frekvencí do 2 MHz a pro provoz do frekvencí do 300 MHz jsou jádra vyrobena z nikl-zinkových feritů, které mají rovněž kubický polykrystalický struktura, ale nižší magnetická permeabilita.
Ferity vzácných zemin s granátovou strukturou zaujaly v technologii stejně důležité místo jako ferity se spinelovou strukturou. Vzorec pro granáty lze napsat takto: Me 3 Fe 5 O 12 , kde Me označuje iont kovu vzácných zemin. Studium granátů vzácných zemin bylo ztíženo skutečností, že jejich struktura byla připisována zkreslenému typu perovskitu. V 50. letech X. Forestier a G. Guyot-Guillen (Francie) připravili několik sloučenin třídy Fe 2 O 3 Me 2 O 3 , kde Me znamená lanthan, praseodym, neodym, samarium, erbium, yttrium, gadolinium, thulium, dysprosium a ytterbium. Zjistili, že saturační magnetizace těchto sloučenin je poněkud nižší než saturační magnetizace feritu niklu a že existují dvě Curieovy teploty, nad 400 °C a kolem 300 °C, při kterých je magnetizace nulová. Jedním z těchto „Curie bodů“ je kompenzační teplotní charakteristika některých ferimagnetických granátů. G. Guillot se domníval, že tento materiál má krychlovou strukturu perovskitového typu, a stanovil soulad mezi Curieho teplotami a průměry kovových iontů. V roce 1954 publikovali R. Potenay a X. Forestier (Francie) další údaje o teplotní závislosti magnetizace pro ferity gadolinia, dysprosia a erbia. E. F. Berto a D. Forra (Francie) v roce 1956 podrobněji zkoumali systém Fe 2 O 3 Me 2 O 3 a navrhli přítomnost nové struktury pro tuto třídu materiálů. Tato struktura se skládá z kubických elementárních buněk obsahujících osm jednotek vzorce 5Re 2 O 3 3Me 2 O 3 .
Tato struktura se ukázala být izomorfní s klasickým přírodním granátem Ca 3 Fe 2 Si 3 O 12 . L. Néel, F. Berto, D. Forra a R. Potenay (Francie) nazvali tuto novou skupinu ferimagnetických materiálů granáty vzácných zemin.
V letech 1958-1970. D. Geller a A. Gileo (USA), A. G. Titova, V. A. Timofeeva a N. D. Ursulyak (SSSR) pokračovali ve studiu struktury granátu a ferimagnetických vlastností granátu yttria. Tato sloučenina se ukázala být nejdůležitějším zástupcem této třídy látek. Takové materiály se ukázaly jako nepostradatelné v mikrovlnných zařízeních.