Dielektrien ja puolijohteiden magneettisuus
Toisin kuin metallit, dielektrisissä ja puolijohteissa ei tyypillisesti ole liikkuvia elektroneja. Siksi, magneettisia hetkiä näissä aineissa ne sijaitsevat yhdessä ionitilassa olevien elektronien kanssa. Tämä on tärkein ero. metallien magnetismi, jota kuvaa kaistateoria, eristeiden ja puolijohteiden magnetismi.
Kaistateorian mukaan eristeet ovat kiteitä, joissa on parillinen luku elektroneja… Tämä tarkoittaa, että eristeet voivat vain paljastaa diamagneettiset ominaisuudet, joka ei kuitenkaan selitä joitakin monien tämäntyyppisten aineiden ominaisuuksia.
Itse asiassa paikallisten elektronien paramagnetismi sekä ferro- ja antiferromagnetismi (yksi aineen magneettisista tiloista, jolle on ominaista se, että aineen vierekkäisten hiukkasten magneettiset momentit ovat suuntautuneet toisiaan kohti, ja siksi eliö kokonaisuutena on hyvin pieni) eriste on seurausta elektronien Coulombin keskinäisestä hylkimisestä (elektronien Uc Coulombin vuorovaikutusenergia todellisissa atomeissa vaihtelee välillä 1-10 tai enemmän elektronivolttia).
Oletetaan, että eristettyyn atomiin ilmestyi ylimääräinen elektroni, joka sai sen energian lisääntymään arvolla e. Tämä tarkoittaa, että seuraava elektroni on energiatasolla Uc + e. Kiteen sisällä näiden kahden elektronin energiatasot jakautuvat kaistoiksi, ja niin kauan kuin kaistaväli on olemassa, kide on joko puolijohde tai dielektrinen.
Yhdessä nämä kaksi vyöhykettä sisältävät yleensä parillisen määrän elektroneja, mutta voi syntyä tilanne, jossa vain alempi vyöhyke on täytetty ja elektronien määrä siinä on pariton.
Tällaista dielektristä kutsutaan Mott-Hubbard dielektrinen… Jos limitysintegraalit ovat pieniä, dielektrissä on paramagnetismia, muuten esiintyy voimakasta antiferromagnetismia.
Dielektrikot, kuten CrBr3 tai EuO, osoittavat ferromagnetismia, joka perustuu supervaihtovuorovaikutukseen. Suurin osa ferromagneettisista eristeistä koostuu magneettisista 3d-ioneista, jotka on erotettu ei-magneettisilla ioneilla.
Tilanteessa, jossa 3d-orbitaalien suoran vuorovaikutuksen etäisyys toistensa kanssa on suuri, vaihtovuorovaikutus on edelleen mahdollinen - menemällä päällekkäin magneettisten ionien 3d-orbitaalien ja ei-magneettisten anionien p-orbitaalien aaltofunktiot.
Kahden tyyppiset kiertoradat "sekoittuvat", niiden elektroneista tulee yhteisiä useille ioneille - tämä on supervaihtovuorovaikutus. Se, onko tällainen eriste ferromagneettinen vai antiferromagneettinen, määräytyy d-orbitaalien tyypin, niiden elektronien lukumäärän ja myös kulman perusteella, jossa magneettisten ionien pari nähdään paikasta, jossa ei-magneettinen ioni sijaitsee.
Antisymmetrisellä vaihtovuorovaikutuksella (kutsutaan Dzialoszinski-Moria-vuorovaikutukseksi) kahden spinvektorin S1 ja S2 solun välillä on nollasta poikkeava energia vain, jos kyseessä olevat solut eivät ole magneettisesti ekvivalentteja.
Tämän tyyppinen vuorovaikutus havaitaan joissakin antiferromagneeteissa heikon spontaanin magnetisoinnin muodossa (heikon ferromagnetismin muodossa), eli magnetointi on tuhannesosa verrattuna tavanomaisten ferromagneettien magnetoinnilla… Esimerkkejä tällaisista aineista: hematiitti, mangaanikarbonaatti, kobolttikarbonaatti.