一般仅将具有长程的反铁磁性磁有序结构的物质称为反铁磁性材料,而将只是局域的近邻原子(或者离子)磁矩互相反平行排列的物质称为具有局域反铁磁性交换作用的材料。反铁磁性材料在任一温度下的磁化率均为正值,低磁场磁化曲线为过坐标原点的第一、三象限直线。在某一临界温度以上,反铁磁性转变为顺磁性,此临界温度称为反铁磁性的奈耳温度,一般用表示,如
-Mn的
为480开。
从磁结构起因的角度,1932年L.-E.-F.奈耳用定域分子场理论解释了巡游电子型材料(锰-铬合金)的反铁磁性质,其磁化率随温度的变化遵从奈耳公式:
,式中,
为居里常数,可由实验测定,
即奈耳温度。后来此理论也被用于解释其他化合物的反铁磁性质。1934年H.A.克喇末[注]首先提出间接交换作用模型,定性解释了氧化物(MnO)的反铁磁性起因。1950年P.W.安德森对反铁磁性间接交换作用进行了精确化理论处理。
从材料的角度,长程的反铁磁性磁有序结构一般只存在于晶态材料中。在MnO、CoO等材料的晶体点阵中,具有净磁矩的金属原子(或者离子)构成两个等效的磁矩亚点阵,其磁矩取向只沿着几个特定的晶轴方向,因两两严格反平行排列而互相抵消,这类材料具有理想的共线型反铁磁有序结构。也有一些材料,如-FeMn等,其原子或离子磁矩彼此之间不是两两反平行取向,而是存在一定夹角,但是材料的总磁矩在一个磁结构单胞内相互抵消,净磁矩为零,自发磁化强度亦为零,这类材料的磁结构属于非共线型反铁磁有序结构。此外,还有一类材料,如金属铬(
)及其合金等,其磁矩在空间呈现出一种沿某一晶轴方向以非整数倍晶格常数为波长的自旋密度的周期性分布,这种特殊的反铁磁有序结构也称为非公度的自旋密度波。在一些存在层间反铁磁交换耦合作用的天然层状化合物和人工多层膜中,其中的每一层内的原子(或者离子)磁矩的取向为相互平行的铁磁性排列,而相邻层的磁矩的取向则呈现为反平行的反铁磁性排列。
从应用的角度,反铁磁性物质的应用已逐步有所开发,如-FeMn、Ir-Mn、L10-PtMn等反铁磁薄膜已用作巨磁电阻薄膜中的钉扎层。