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2026-02-16T09:02:38Z

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[[Datei:Barite-Hematite-k243a.jpg|mini|[[Hämatit]] ist antiferromagnetisch]]
[[Datei:AntiferromagnetischerWerkstoff.png|mini|Magnetische Orientierungen ungeordneter antiferromagnetischer Kristallite]]
Der '''Antiferromagnetismus''' (von {{grcS|αντί|anti|de=gegen}}; {{laS|ferrum|de=[[Eisen]]}}; {{grcS|μαγνῆτις|magnetis (lithos)|de=Stein aus Magnesien}}) ist eine Variante der [[Magnetische Ordnung|magnetischen Ordnung]] innerhalb von [[Chemischer Stoff|Materialien]], in denen [[Atom]]e mit [[Magnetisches Dipolmoment|magnetischen Momenten]] vorhanden sind. Er liegt dann vor, wenn die jeweils benachbarten [[Elementarmagnet]]e dem Betrag nach das gleiche magnetische Moment tragen, ihre Ausrichtung aber zueinander entgegengesetzt ([[Antiparallelität (Vektorrechnung)|antiparallel]]) ist. Antiferromagnetisch geordnete Materialien weisen aufgrund der antiparallelen Orientierung der Elementarmagnete kein externes permanentes magnetisches Moment auf. Wie auch bei [[Ferromagnet]]en bilden sich in Antiferromagneten [[Weiss-Bezirk|weisssche Bezirke]], innerhalb derer die magnetischen Momente die gleiche [[Raumlage]] haben. Das [[Phänomen]] wurde u. a. von [[Louis Néel]] eingehend untersucht.

== Überblick ==
Der bekanntere [[Ferromagnetismus]] ist dadurch gekennzeichnet, dass die [[Magnetisches Dipolmoment#Intrinsisches magnetisches Moment von Teilchen|magnetischen Momente]] der Atome in einem Material in einer Weise [[Austauschwechselwirkung#Austauschenergie und magnetische Ordnung|wechselwirken]], die diese bevorzugt parallel anordnen. Diese Anordnung bewirkt eine von Null verschiedene [[Magnetisierung]]. Im Antiferromagnetismus bewirkt diese Austauschwechselwirkung, dass die Summe der einzelnen magnetischen Momente über den gesamten Kristall verschwindet – also Null ergibt.

Das einfachste Modell für Antiferromagnetismus nimmt an, dass nur die direkt benachbarten Gitterpunkte im Kristall wechselwirken und deren magnetische Momente genau [[Antiparallelität (Geometrie)|antiparallel]] liegen, dies entspricht einem Winkel von 180°. (Im einfachsten Fall des Ferromagnetismus entspricht dies einer parallelen Ausrichtung mit 0°). Im allgemeinen Fall existieren allerdings, neben den Nächste-Nachbar-Wechselwirkungen noch weitere zu berücksichtigende Mechanismen, welche die magnetische Struktur komplexer werden lassen. Ein Beispiel für eine solche resultierende Struktur ist zum Beispiel der Helimagnetismus (nicht zu verwechseln mit dem [[Heilmagnetismus|esoterischen Heilmagnetismus]]), der durch mindestens zwei koexistente Austauschmechanismen entsteht, zum Beispiel in einem [[RKKY-Wechselwirkung|RKKY-wechselwirkenden]] System<ref name=":0">{{Literatur |Autor=Stephen Blundell |Titel=Magnetism in Condensed Matter |Reihe=Oxford Master Series in Condensed Matter Physics |Verlag=Oxford University Press |Ort=Oxford / New York |Datum=2001 |ISBN=0-19-850592-2 |Seiten=99 f. |Sprache=en}}</ref>.

Ein einfaches theoretisches Modell (das [[Pierre-Ernest Weiss|Weiss]]-Modell<ref>{{Literatur |Autor=[[Rudolf Gross (Physiker)|Rudolf Gross]], Achim Marx |Titel=Festkörperphysik |Auflage=4., aktualisierte |Verlag=De Gruyter Studium |Ort=Berlin / Boston |Datum=2023 |ISBN=978-3-11-078234-9 |Seiten=723 ff.}}</ref>) beschreibt ein antiferromagnetisches Gitter als Summe zweier antiparalleler, um einen [[Gittervektor]] versetzter ferromagnetischer Gitter. Die nächsten Nachbarn jedes Atoms sind relativ zu ihm antiparallel ausgerichtet und bewirken somit ein [[Molekularfeldtheorie|Molekularfeld]]. Über die Kopplung der beiden Gitter untereinander und die Wechselwirkung der Momente im Gitter kann – analog zur [[Curie-Temperatur]] des Ferromagnetismus – eine [[Néel-Temperatur]] <math>T_\text{N}</math>(nach [[Louis Néel]]) hergeleitet werden, oberhalb derer die antiferromagnetische Struktur zusammenbrechen sollte.

Bei Temperaturen oberhalb der Néel-Temperatur verhält sich ein Antiferromagnet wie ein Paramagnet<ref name=":1">{{Literatur |Autor=Stephen Blundell |Titel=Magnetism in Condensed Matter |Reihe=Oxford Master Series in Condensed Matter Physics |Verlag=Oxford University Press |Ort=Oxford / New York |Datum=2001 |ISBN=0-19-850592-2 |Kapitel=5.2 Antiferromagnetism |Sprache=en}}</ref>, d. h. die [[magnetische Suszeptibilität]] ist positiv und verschwindet für steigende Temperaturen. Im Unterschied zum klassischen [[Paramagnetismus#Magnetische Momente von Atomen im Grundzustand (Langevin-Paramagnetismus)|Langevin-Paramagneten]] ist die Beziehung allerdings nicht proportional zu <math>1/T</math>, wie vom [[Curie-Gesetz]] vorhergesagt, sondern folgt dem [[Curie-Weiss-Gesetz]]

<math>\chi(T) = \frac{C}{T+\theta_\mathrm{W}}</math>

wobei <math>\theta_\mathrm{W}
</math>, die [[Curie-Weiss-Gesetz|Weiss-Temperatur]], in einem idealen Antiferromagneten gleich der Néel-Temperatur ist. In realen Antiferromagneten ist oft <math>T_\mathrm{N}<|\theta_\mathrm{W}|</math><ref>{{Literatur |Autor=Sam Mugiraneza, Alannah M. Hallas |Titel=Tutorial: a beginner’s guide to interpreting magnetic susceptibility data with the Curie-Weiss law |Sammelwerk=Communications Physics |Band=5 |Nummer=1 |Datum=2022-04-19 |ISSN=2399-3650 |Seiten=95 |Online=https://www.nature.com/articles/s42005-022-00853-y |Abruf=2025-12-18 |DOI=10.1038/s42005-022-00853-y}}</ref>. Dies gilt insbesondere bei [[Geometrische Frustration|frustrierten]] Magneten, wo das Verhältnis aus Weiss- und Néel-Temperatur stark von eins abweichen kann und bis zu <math>\frac{\theta_\mathrm{W}}{T_\mathrm{N}}>100</math> werden<ref>{{Literatur |Autor=A P Ramirez |Titel=Strongly Geometrically Frustrated Magnets |Sammelwerk=Annual Review of Materials Science |Band=24 |Nummer=1 |Datum=1994-08 |ISSN=0084-6600 |Seiten=453–480 |Online=https://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev.ms.24.080194.002321 |Abruf=2025-12-18 |DOI=10.1146/annurev.ms.24.080194.002321}}</ref>. Im allgemeinen ist die Magnetisierung im geordneten Zustand, also für <math>T<T_\mathrm{N}</math> richtungsabhängig.<ref name=":0" />

== Präzisierung ==
Der oben beschriebene Néel-Zustand (mit alternierenden Spinrichtungen <math>\uparrow ,\downarrow ,\uparrow ,\downarrow ,\dots </math>) ist genau genommen nicht der Grundzustand des Systems, sondern nur eine quasi-klassische Näherung dafür, die sich besonders gut zur Beschreibung der Anregungszustände, der sog. [[Spinwelle]]n, eignet, während der genaue quantenmechanische Grundzustand, außer in speziellen Fällen, unbekannt ist, auf jeden Fall auch in den erwähnten Spezialfällen extrem kompliziert (z. B. [[Bethe-Ansatz]]). Dagegen ist im ferromagnetischen Fall der klassische Grundzustand (z. B. alle Spins nach oben <math>\uparrow ,\uparrow ,\uparrow ,\uparrow , ...</math>) auch im quantenmechanischen Formalismus exakt, und die Beschreibung der Anregungszustände (Spinwellen) entspricht im Falle des Ferromagnetismus fast völlig dem klassischen Bild präzedierender Vektoren.

== Materialien ==
Antiferromagnetismus tritt bei vielen [[Übergangsmetalle]]n und insbesondere deren Oxiden auf.

Folgende Werkstoffe bzw. Mineralien sind z. B. antiferromagnetisch:
* Eisenverbindungen/Eisenerze
** [[Wüstit]]<ref name="geodz">[http://www.geodz.com/deu/d/Antiferromagnetismus geodz.com]</ref>
** [[Goethit]]<ref name="geodz" />
** [[Hämatit]] (Fe2O3)<ref name="geodz" />
** [[Orthoferrit]]
*** [[Lanthan-Orthoferrit]]
*** [[Dysprosium-Orthoferrit]]
** [[Troilit]] (FeS)<ref name="geodz" />
** [[Ulvöspinell]] (Fe2TiO4)
** FeMn
* Nickelverbindungen
** [[Nickel(II)-oxid]] (NiO)<ref name="geodz" />
** [[Nickeldisulfid]] (NiS2)
** Mangan-Nickel-Legierung (MnNi)<ref>{{Literatur |Autor=S. Murphy, S. F. Ceballos, G. Mariotto, N. Berdunov, K. Jordan, I. V. Shvets, Y. M. Mukovskii |Titel=Atomic scale spin-dependent STM on magnetite using antiferromagnetic STM tips |Sammelwerk=Microscopy Research and Technique |Band=66 |Nummer=2–3 |Datum=2005-02-01 |ISSN=1097-0029 |Seiten=85–92 |DOI=10.1002/jemt.20148}}</ref>
* Elemente
** [[Berkelium]] (Bk)
** [[Mangan]] (Mn)<ref name="mainz">{{Webarchiv |url=http://www.chemie.uni-mainz.de/Praktikum/AC/AC2p/pdf/magnetismus.pdf |text=Anorganische Chemie II |wayback=20160327185250}}</ref>
** [[Chrom]] (Cr)<ref name="mainz" />
* [[Mangan(II)-oxid]] (MnO),<ref name="mainz" /> Manganosit<ref name="geodz" />
* [[Cobalt(II)-oxid]],<ref>{{Literatur |Autor=P. S. Silinsky, M. S. Seehra |Titel=Principal magnetic susceptibilities and uniaxial stress experiments in CoO |Sammelwerk=[[Phys. Rev. B]] |Band=24 |Datum=1981 |Seiten=419–423 |DOI=10.1103/PhysRevB.24.419}}</ref>
* [[Molybdän(III)-iodid]]

Einige organische Verbindungen sind auch antiferromagnetisch, z. B.
* [[5-Dehydro-m-xylylen]].<ref>{{Webarchiv |url=https://www.chem.purdue.edu/wenthold/research.html |text=Archivierte Kopie |wayback=20151031145731}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=J. A. Vergés, G. Chiappe, E. Louis, L. Pastor-Abia, E. SanFabián |Titel=Magnetic molecules created by hydrogenation of polycyclic aromatic hydrocarbons |Sammelwerk=Phys. Rev. B |Band=79 |Datum=2009 |Seiten=094403 |arXiv=0807.4908 |DOI=10.1103/PhysRevB.79.094403}}</ref>
* [[Manganocen]]

== Siehe auch ==
* [[Spindichtewelle]]
* [[Ferrimagnetismus]]
* [[ANNNI-Modell]]
* [[Spin-Glas]]

== Fachliteratur ==
* [[Horst Stöcker]]: ''Taschenbuch der Physik.'' 4. Auflage. Verlag Harry Deutsch, Frankfurt am Main 2000, ISBN 3-8171-1628-4.
* Hans Fischer: ''Werkstoffe in der Elektrotechnik.'' 2. Auflage. Carl Hanser Verlag, München Wien, 1982, ISBN 3-446-13553-7.
* [[Daniel Mattis]]: ''The theory of magnetism'', zwei Bände, Berlin, Springer-Verlag, 1985 und 1988, ISBN 3-540-10611-1 (es gibt auch eine ältere deutschsprachige Fassung)
* Stephen Blundell: ''Magnetism in Condensed Matter.'' Oxford/New York, Oxford University Press, 2001, ISBN 0-19-850592-2.

== Einzelnachweise ==
<references />

== Weblinks ==
* [http://www.supermagnete.de/magnetismus/antiferromagnetismus Erklärung zu Antiferromagnetismus und Ferrimagnetismus]
* [http://www.spektrum.de/lexikon/physik/antiferromagnetismus/609 spektrum.de]

{{Normdaten|TYP=s|GND=4142666-6|LCCN=sh85005670}}

[[Kategorie:Magnetismus]]
[[Kategorie:Festkörperphysik]]

Antiferromagnetismus - Versionsgeschichte

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