Magnetisme av dielektriske og halvledere

I motsetning til metaller har dielektriske og halvledere vanligvis ikke omreisende elektroner. Derfor, magnetiske øyeblikk i disse stoffene er de lokalisert sammen med elektroner i ioniske tilstander. Dette er hovedforskjellen. magnetisme av metaller, beskrevet av båndteorien, av magnetismen til dielektriske og halvledere.

I følge båndteori er dielektrikum krystaller som inneholder et partall elektroner… Dette betyr at dielektrikum bare kan eksponere diamagnetiske egenskaper, som imidlertid ikke forklarer noen av egenskapene til mange stoffer av denne typen.

Faktisk paramagnetisme av lokaliserte elektroner, så vel som ferro- og antiferromagnetisme (en av de magnetiske tilstandene til et stoff, karakterisert ved det faktum at de magnetiske øyeblikkene til nabopartikler av stoffet er orientert mot hverandre, og derfor magnetiseringen av kroppen som helhet er veldig liten) av dielektrikum er resultatet av Coulomb gjensidig frastøting av elektroner (Coulomb-interaksjonsenergien til elektronene Uc i reelle atomer varierer fra 1 til 10 eller mer elektronvolt).

Anta at et ekstra elektron dukket opp i et isolert atom, som fikk energien til å øke med verdien e. Dette betyr at neste elektron er i energinivået Uc + e. Inne i krystallen deler energinivåene til disse to elektronene seg i bånd, og så lenge båndgapet eksisterer, er krystallen enten en halvleder eller et dielektrikum.

Sammen inneholder de to sonene vanligvis et partall elektroner, men det kan oppstå en situasjon der bare den nedre sonen er fylt og antallet elektroner i den er oddetall.

Et slikt dielektrikum kalles Mott-Hubbard dielektrisk… Hvis overlappingsintegralene er små, vil dielektrikumet vise paramagnetisme, ellers vil det være uttalt antiferromagnetisme.

Dielektriske stoffer som CrBr3 eller EuO viser ferromagnetisme basert på superutvekslingsinteraksjon. Flertallet av ferromagnetiske dielektriske stoffer består av magnetiske 3d-ioner atskilt av ikke-magnetiske ioner.

I en situasjon hvor avstanden for direkte interaksjon av 3d-orbitaler med hverandre er stor, er utvekslingsinteraksjon fortsatt mulig - ved å overlappe bølgefunksjonene til 3d-orbitaler av magnetiske ioner og p-orbitaler til ikke-magnetiske anioner.

Orbitaler av to typer "blander", elektronene deres blir felles for flere ioner - dette er superutvekslingsinteraksjonen. Hvorvidt et slikt dielektrikum er ferromagnetisk eller antiferromagnetisk bestemmes av typen d-orbitaler, antall elektroner, og også av vinkelen som et par magnetiske ioner sees fra der det ikke-magnetiske ionet befinner seg.

En antisymmetrisk utvekslingsinteraksjon (kalt Dzialoszinski-Moria-interaksjonen) mellom to celler med spinnvektorer S1 og S2 har ikke-nullenergi bare hvis de aktuelle cellene ikke er magnetisk ekvivalente.

En interaksjon av denne typen er observert i noen antiferromagneter i form av svak spontan magnetisering (i form av svak ferromagnetisme), det vil si at magnetiseringen er en tusendel sammenlignet med magnetisering av konvensjonelle ferromagneter… Eksempler på slike stoffer: hematitt, mangankarbonat, koboltkarbonat.