Magnetism av dielektrika och halvledare
Till skillnad från metaller har dielektrikum och halvledare vanligtvis inte ambulerande elektroner. Därför, magnetiska moment i dessa ämnen är de lokaliserade tillsammans med elektroner i joniska tillstånd. Detta är den största skillnaden. magnetism av metaller, beskriven av bandteorin, av magnetismen hos dielektrika och halvledare.
Enligt bandteorin är dielektrika kristaller som innehåller ett jämnt tal elektroner… Det betyder att dielektrikum bara kan exponera diamagnetiska egenskaper, vilket dock inte förklarar några av egenskaperna hos många ämnen av denna typ.
Faktum är att paramagnetism av lokala elektroner, såväl som ferro- och antiferromagnetism (ett av de magnetiska tillstånden hos ett ämne, kännetecknat av det faktum att de magnetiska momenten hos närliggande partiklar av ämnet är orienterade mot varandra, och därför magnetiseringen av kroppen som helhet är mycket liten) av dielektrikum är resultatet av Coulombs ömsesidiga repulsion av elektroner (Coulomb-interaktionsenergin för elektroner Uc i verkliga atomer sträcker sig från 1 till 10 eller mer elektronvolt).
Antag att ytterligare en elektron dök upp i en isolerad atom, vilket fick dess energi att öka med värdet e. Det betyder att nästa elektron är i energinivån Uc + e. Inuti kristallen delas energinivåerna för dessa två elektroner i band, och så länge bandgapet existerar är kristallen antingen en halvledare eller ett dielektrikum.
Tillsammans innehåller de två zonerna vanligtvis ett jämnt antal elektroner, men det kan uppstå en situation där endast den nedre zonen är fylld och antalet elektroner i den är udda.
Ett sådant dielektrikum kallas Mott-Hubbard dielektrikum… Om överlappningsintegralerna är små, kommer dielektrikumet att uppvisa paramagnetism, annars kommer det att bli uttalad antiferromagnetism.
Dielektrika som CrBr3 eller EuO uppvisar ferromagnetism baserad på superväxlingsinteraktion. Majoriteten av ferromagnetiska dielektrika består av magnetiska 3d-joner separerade av icke-magnetiska joner.
I en situation där avståndet för direkt interaktion av 3d-orbitaler med varandra är stort, är utbytesinteraktion fortfarande möjlig - genom att överlappa vågfunktionerna för 3d-orbitaler av magnetiska joner och p-orbitaler av icke-magnetiska anjoner.
Orbitaler av två typer "blandar", deras elektroner blir gemensamma för flera joner - detta är superutbytesinteraktionen. Huruvida ett sådant dielektrikum är ferromagnetiskt eller antiferromagnetiskt bestäms av typen av d-orbitaler, antalet deras elektroner och även av vinkeln med vilken ett par magnetiska joner ses varifrån den omagnetiska jonen är belägen.
En antisymmetrisk utbytesinteraktion (kallad Dzialoszinski-Moria-interaktion) mellan två celler med spinvektorerna S1 och S2 har energi som inte är noll endast om cellerna i fråga inte är magnetiskt ekvivalenta.
En interaktion av denna typ observeras i vissa antiferromagneter i form av svag spontan magnetisering (i form av svag ferromagnetism), det vill säga magnetiseringen är en tusendel jämfört med med magnetisering av konventionella ferromagneter… Exempel på sådana ämnen: hematit, mangankarbonat, koboltkarbonat.