Dielektriklerin ve yarı iletkenlerin manyetizması
Metallerin aksine, dielektrikler ve yarı iletkenler tipik olarak gezici elektronlara sahip değildir. Öyleyse, manyetik anlar bu maddelerde iyonik hallerde elektronlarla birlikte lokalize edilirler. Bu temel farktır. metallerin manyetizması, dielektriklerin ve yarı iletkenlerin manyetizması ile bant teorisi ile tanımlanır.
Bant teorisine göre, dielektrikler çift sayı içeren kristallerdir. elektronlar... Bu, dielektriklerin yalnızca açığa çıkarabileceği anlamına gelir. diyamanyetik özelliklerBununla birlikte, bu türdeki birçok maddenin bazı özelliklerini açıklamaz.
Aslında, lokalize elektronların paramanyetizması ve ayrıca ferro- ve antiferromanyetizma (bir maddenin manyetik durumlarından biri, maddenin komşu parçacıklarının manyetik momentlerinin birbirine doğru yönlendirilmesi ve dolayısıyla manyetizasyonu ile karakterize edilir. vücut bir bütün olarak çok küçüktür) dielektrikler, elektronların Coulomb karşılıklı itmesinin sonucudur (gerçek atomlardaki elektronların Coulomb etkileşim enerjisi Uc, 1 ila 10 veya daha fazla elektron volt arasında değişir).
Yalıtılmış bir atomda, enerjisinin e değeri kadar artmasına neden olan ek bir elektronun ortaya çıktığını varsayalım. Bu, bir sonraki elektronun Uc + e enerji seviyesinde olduğu anlamına gelir. Kristalin içinde, bu iki elektronun enerji seviyeleri bantlara ayrılır ve bant aralığı var olduğu sürece, kristal ya bir yarı iletkendir ya da bir dielektriktir.
Birlikte, iki bölge genellikle çift sayıda elektron içerir, ancak yalnızca alt bölgenin dolu olduğu ve buradaki elektron sayısının tek olduğu bir durum ortaya çıkabilir.
Böyle bir dielektrik denir Mott-Hubbard dielektrik… Örtüşen integraller küçükse, dielektrik paramanyetizma sergileyecektir, aksi takdirde belirgin antiferromanyetizma olacaktır.
CrBr3 veya EuO gibi dielektrikler, süper değişim etkileşimine dayalı olarak ferromanyetizma sergiler. Ferromanyetik dielektriklerin çoğu, manyetik olmayan iyonlarla ayrılmış manyetik 3 boyutlu iyonlardan oluşur.
3d-orbitallerin birbirleriyle doğrudan etkileşim mesafesinin büyük olduğu bir durumda, manyetik iyonların 3d-orbitallerinin ve manyetik olmayan anyonların p-orbitallerinin dalga fonksiyonlarının üst üste bindirilmesiyle değişim etkileşimi hala mümkündür.
İki tür yörünge "karışır", elektronları birkaç iyon için ortak hale gelir - bu, süper değişim etkileşimidir. Böyle bir dielektrikin ferromanyetik mi yoksa antiferromanyetik mi olduğu, d-orbitallerinin tipi, elektronlarının sayısı ve ayrıca manyetik olmayan iyonun bulunduğu yerden bir çift manyetik iyonun görüldüğü açı ile belirlenir.
S1 ve S2 spin vektörlerine sahip iki hücre arasındaki antisimetrik değişim etkileşimi (Dzialoszinski-Moria etkileşimi olarak adlandırılır), yalnızca söz konusu hücreler manyetik olarak eşdeğer değilse sıfır olmayan bir enerjiye sahiptir.
Bu tür bir etkileşim, bazı antiferromanyetlerde zayıf kendiliğinden mıknatıslanma (zayıf ferromanyetizma şeklinde) şeklinde gözlenir, yani mıknatıslanma, karşılaştırıldığında binde birdir. geleneksel ferromanyetlerin mıknatıslanmasıyla... Bu tür maddelere örnekler: hematit, manganez karbonat, kobalt karbonat.