Кроме прямого и сверхобмена в редкоземельных соединениях может осуществляться косвенный обмен. В модели косвенного обмена предполагается, что локализованные электроны входят в состав частично заполненных d-, f-оболочек, а связь между ними осуществляется электронами проводимости. Вклад спина электронов проводимости в полный момент ферромагнитного кристалла мал по сравнению с вкладом локализованных электронов, однако, именно свободные электроны делают возможным магнитное упорядочение и определяют его характер, так как при своем движении по кристаллу они переносят взаимодействие между спинами локализованных электронов. Необходимо отметить, что косвенный обмен играет наиболее существенную роль в вырожденных полупроводниках, где концентрация электронов проводимости велика. В невырожденных МП концентрация свободных электронов мала, чтобы влиять на упорядочение кристалла в целом, поэтому они могут существенно влиять только на локальные магнитные свойства кристалла в местах увеличения электронной плотности, например, в окрестности дефектов. Прежде чем перейти к более подробному изложению различных моделей обменного взаимодействия необходимо сказать, что в сильномагнитных веществах наблюдаются различные типы атомных магнитных порядков. Кроме простейших коллинеарных структур, в которых магнитные моменты соседних атомов или ионов ориентированы по направлению одной и той же оси, имеют место сложные неколлинеарные структуры, возникающие чаще всего в веществах с несимметричным строением кристаллической решетки. Важным является то, что магнитный порядок присущ не только кристаллическим веществам, но и соединениям, находящимся в аморфном состоянии, у которых отсутствует кристаллическая решетка, но имеет место обменное взаимодействие между магнитными моментами соседних атомов. Наличие обменного взаимодействия может быть обусловлено тем, что обменная энергия в основном зависит от расстояния между ближайшими соседями. Благодаря этому ближний порядок, характерный для аморфных тел, приводит к появлению дальнего порядка в магнитных свойствах, сохраняемому на расстояниях, значительно превышающих межатомные и, следовательно, к магнитоупорядоченной структуре.

 

 

***

 

Ферромагнетизм в ферритах обусловлен косвенным обменным взаимодействием. Если обменное взаимодействие между спинами электронов осуществляется через ион кислорода, то, по-видимому, взаимодействие происходит между электронами внешней оболочки (2s) ионов металлов. Это косвенное квантово-механическое взаимодействие по силе не уступает обменному взаимодействию, наблюдаемому в металлах. Подобная связь между спиновыми магнитными моментами называется косвенным или сверхвзаимодействием.

 

Замечательные свойства большинства современных наноструктурных и низкоразмерных магнитных материалов, находящих применение в спинтронике и других актуальных направлениях науки и техники в значительной мере определяются высокими значениями степени спиновой поляризации локализованных и делокализованных электронов. При этом степень спиновой поляризации локализованных или квазилокализованных электронов определяют, в основном, величину спонтанной намагниченности, а эффекты спиновой поляризации делокализованных электронов – величины ряда кинетических параметров 3d-магнетиков, в частности, магнитосопротивления. В отличие от массивных 3d-ферромагнетиков в этих системах велика вероятность локальных магнитных состояний с пониженными значениями координационных чисел, что обуславливает возрастание степени локализации атомных магнитных моментов и ослабляет, либо полностью аннулирует эффекты пространственного квантования и замораживания орбитальных магнитных моментов. В результате это приводит к значительному возрастанию спиновой и, особенно, орбитальной составляющей атомных магнитных моментов. В случае систем делокализованных электронов степень их спиновой поляризации оказывает определяющее влияние на эффекты спин-зависимого электронного транспорта в магнитных сверхрешетках, а также в спинвентильных и спин-туннельных переходах. Весьма перспективной представляется также возможность использования с целью повышения степени поляризации электронов проводимости, осуществляющих косвенное обменное взаимодействие между ферромагнитными слоями в магнитных сверхрешетках, дополнительного слоя с высокой магнитной анизотропией – т.н. «магнитного барьера». Теоретические расчеты, проведенные для пленочной структуры Fe/EuS/Au/Fe показали, что при определенном соотношении толщин слоев степень спиновой поляризации может достигать 98%, а величина магнитосопротивления при температурах, близких к 0 К, может превысить 250%.
Насколько нам известно, до настоящего времени многокомпонентные магнитные сверхрешетки, содержащие магнитные барьеры, исследованы не были. В настоящей работе впервые был осуществлен синтез трехкомпонентных магнитных сверхрешеток Fe/Co/Mo, где в качестве магнитного барьера могут быть рассмотрены высокоанизотропные слои Co, а магнитные межслойные переходы представляют собой спин-вентильные переходы.