Magnetism ng dielectrics at semiconductors

Hindi tulad ng mga metal, ang mga dielectric at semiconductors ay karaniwang walang mga itinerant na electron. Samakatuwid, magnetic moments sa mga sangkap na ito ay naisalokal sila kasama ng mga electron sa mga ionic na estado. Ito ang pangunahing pagkakaiba. magnetismo ng mga metal, na inilarawan ng teorya ng banda, sa pamamagitan ng magnetism ng dielectrics at semiconductors.

Ayon sa teorya ng banda, ang mga dielectric ay mga kristal na naglalaman ng kahit na numero mga electron… Nangangahulugan ito na ang mga dielectric ay maaari lamang maglantad diamagnetic na katangian, na, gayunpaman, ay hindi nagpapaliwanag ng ilan sa mga katangian ng maraming sangkap ng ganitong uri.

Sa katunayan, ang paramagnetism ng mga naisalokal na electron, pati na rin ang ferro- at antiferromagnetism (isa sa mga magnetic na estado ng isang sangkap, na nailalarawan sa pamamagitan ng katotohanan na ang mga magnetic na sandali ng mga kalapit na mga particle ng sangkap ay nakatuon sa isa't isa, at samakatuwid ay ang magnetization ng ang katawan sa kabuuan ay napakaliit) ng dielectrics ay ang resulta ng Coulomb mutual repulsion ng mga electron (ang Coulomb interaction energy ng mga electron Uc sa mga totoong atom ay umaabot mula 1 hanggang 10 o higit pang electron volts).

Ipagpalagay na ang isang karagdagang elektron ay lumitaw sa isang nakahiwalay na atom, na naging sanhi ng pagtaas ng enerhiya nito sa pamamagitan ng halaga na e. Nangangahulugan ito na ang susunod na elektron ay nasa antas ng enerhiya na Uc + e. Sa loob ng kristal, ang mga antas ng enerhiya ng dalawang electron na ito ay nahahati sa mga banda, at hangga't umiiral ang banda gap, ang kristal ay alinman sa isang semiconductor o isang dielectric.

Magkasama, ang dalawang zone ay karaniwang naglalaman ng pantay na bilang ng mga electron, ngunit maaaring lumitaw ang isang sitwasyon kung saan ang mas mababang zone lamang ang napupuno at ang bilang ng mga electron sa loob nito ay kakaiba.

Ang ganitong dielectric ay tinatawag Mott-Hubbard dielectric… Kung ang mga magkakapatong na integral ay maliit, kung gayon ang dielectric ay magpapakita ng paramagnetism, kung hindi, magkakaroon ng binibigkas na antiferromagnetism.

Ang mga dielectric tulad ng CrBr3 o EuO ay nagpapakita ng ferromagnetism batay sa interaksyon ng superexchange. Ang karamihan ng ferromagnetic dielectrics ay binubuo ng magnetic 3d-ions na pinaghihiwalay ng mga non-magnetic ions.

Sa isang sitwasyon kung saan ang distansya para sa direktang pakikipag-ugnayan ng 3d-orbitals sa isa't isa ay malaki, ang pakikipag-ugnayan ng palitan ay posible pa rin - sa pamamagitan ng pag-overlay sa mga function ng wave ng 3d-orbitals ng magnetic ions at p-orbitals ng non-magnetic anions.

Ang mga orbital ng dalawang uri ay "mix", ang kanilang mga electron ay nagiging karaniwan sa ilang ions - ito ang superexchange na pakikipag-ugnayan. Kung ang naturang dielectric ay ferromagnetic o antiferromagnetic ay tinutukoy ng uri ng d-orbitals, ang bilang ng kanilang mga electron, at gayundin ng anggulo kung saan nakikita ang isang pares ng magnetic ions mula sa kung saan matatagpuan ang nonmagnetic ion.

Ang isang antisymmetric exchange interaction (tinatawag na Dzialoszinski-Moria interaction) sa pagitan ng dalawang cell na may spin vectors na S1 at S2 ay may nonzero na enerhiya lamang kung ang mga cell na pinag-uusapan ay hindi magnetically equivalent.

Ang isang pakikipag-ugnayan ng ganitong uri ay sinusunod sa ilang mga antiferromagnets sa anyo ng mahinang kusang magnetization (sa anyo ng mahinang ferromagnetism), iyon ay, ang magnetization ay isang libo kumpara na may magnetization ng maginoo ferromagnets… Mga halimbawa ng mga naturang sangkap: hematite, manganese carbonate, cobalt carbonate.