В 1916 году в природном гематите α-Fe2O3 была обнаружена спонтанная намагниченность, величина которой оказалась на несколько порядков меньше чем у ферромагнитного железа [1]. Однако, только почти через сорок лет на примере другого соединения NiF2 было экспериментально доказано, что данный эффект обусловлен не наличием магнитных примесей или других неоднородностей магнитной структуры, а является термодинамическим свойством [2]. Особенно убедительно это продемонстрировали А.С. Боровик-Романов и М.П. Орлова [Магнитные свойства карбонатов кобальта и марганца, ЖЭТФ 31, 579 (1956)], проведя магнитостатические исследования высококачественных поликристаллов MnCO3 и CoCO3, в которых спонтанный момент оказался на 1-2 порядка больше чем в других системах. В этой работе было высказано предположение о том, что малый ферромагнитный момент может возникать за счет небольшого скоса антиферромагнитных подрешеток. Объяснение этого эффекта было предложено И.Е. Дзялошинским. Он показал, что в рассматриваемых кристаллах в обменном приближении возникает антиферромагнитная структура, но, благодаря релятивистскому взаимодействию, возможно ее искажение, приводящее к появлению ферромагнитного момента. Расчет в рамках теории фазовых переходов Ландау показал, что величина момента должна быть мала по сравнению с намагниченностью обычного ферромагнетика [Термодинамическая теория слабого ферромагнетизма антиферромагнетиков, ЖЭТФ 32, 1547 (1957)]. Объяснение взаимодействия Дзялошинского-Мория (названного также по имени японского физика Т. Мория, указавшего его микроскопическую природу [3]) приобрело принципиальное значение для актуальных направлений современного магнетизма, включая физику мультиферроиков, спинтронику и многие другие.
Этот же подход позволил Дзялошинскому предсказать другое интересное явление – пьезомагнетизм. Он рассмотрел условия, при которых симметрия упорядоченного магнетика допускает существование инвариантов линейных по магнитному полю и компонентам тензора напряжений [К вопросу о пьезомагнетизме, ЖЭТФ 33, 807 (1957)]. Экспериментальное открытие пьезомагнетизма в антиферромагнитных MnF2 и CoF2 принадлежит А.С. Боровику-Романову. Сконструировав специальные торсионные весы с прессом, он обнаружил появление спонтанного магнитного момента при сжатии образцов в теоретически предсказанных направлениях [Пьезомагнетизм в антиферромагнитных фторидах кобальта и марганца, ЖЭТФ 38, 1088 (1960)]. В совокупности, эти работы стали замечательным примером сотрудничества экспериментаторов и теоретика.
[1] T.T. Smith, Phys. Rev. 8, 721 (1916).
[2] L.M. Mataresse, J.W. Stout, Phys. Rev. 94, 1792 (1954).
[3] T. Moriya, Phys. Rev. 120, 91 (1960).
Л.А. Прозорова, чл.-корр. РАН, главный научный сотрудник ИФП им. П.Л. Капицы
С.С. Сосин, к.ф.-м.н., член редколлегии ЖЭТФ, старший научный сотрудник ИФП им. П.Л.Капицы
