Magnetizam dielektrika i poluvodiča

Za razliku od metala, dielektrici i poluvodiči obično nemaju putujuće elektrone. Stoga, magnetski momenti u tim su tvarima lokalizirane zajedno s elektronima u ionskim stanjima. Ovo je glavna razlika. magnetizam metala, opisan teorijom vrpci, magnetizmom dielektrika i poluvodiča.

Prema teoriji vrpci, dielektrici su kristali koji sadrže paran broj elektroni… To znači da dielektrici mogu samo izložiti dijamagnetska svojstva, što međutim ne objašnjava neka svojstva mnogih tvari ove vrste.

Zapravo, paramagnetizam lokaliziranih elektrona, kao i fero- i antiferomagnetizam (jedno od magnetskih stanja tvari, karakterizirano činjenicom da su magnetski momenti susjednih čestica tvari usmjereni jedni prema drugima, pa stoga magnetizacija tijelo kao cjelina je vrlo malo) dielektrika rezultat je Coulombovog međusobnog odbijanja elektrona (energija Coulombove interakcije elektrona Uc u realnim atomima kreće se od 1 do 10 ili više elektron volti).

Pretpostavimo da se u izoliranom atomu pojavio dodatni elektron, što je uzrokovalo porast njegove energije za vrijednost e. To znači da je sljedeći elektron na energetskoj razini Uc + e. Unutar kristala, energetske razine ova dva elektrona dijele se u vrpce, i sve dok postoji zabranjeni pojas, kristal je ili poluvodič ili dielektrik.

Zajedno, dvije zone obično sadrže paran broj elektrona, ali može doći do situacije da je samo donja zona popunjena, a broj elektrona u njoj neparan.

Takav se dielektrik naziva Mott-Hubbardov dielektrik… Ako su integrali preklapanja mali, tada će dielektrik pokazivati ​​paramagnetizam, inače će postojati izraženi antiferomagnetizam.

Dielektrici kao što su CrBr3 ili EuO pokazuju feromagnetizam temeljen na interakciji superizmjene. Većina feromagnetskih dielektrika sastoji se od magnetskih 3d-iona odvojenih nemagnetskim ionima.

U situaciji kada je udaljenost za izravnu međusobnu interakciju 3d-orbitala velika, izmjenska interakcija je ipak moguća - preklapanjem valnih funkcija 3d-orbitala magnetskih iona i p-orbitala nemagnetskih aniona.

Orbitale dviju vrsta "miješaju se", njihovi elektroni postaju zajednički za nekoliko iona - to je interakcija superizmjene. Da li je takav dielektrik feromagnetski ili antiferomagnetičan određuje se tipom d-orbitala, brojem njihovih elektrona, a također i kutom pod kojim se par magnetskih iona vidi iz mjesta gdje se nalazi nemagnetski ion.

Antisimetrična razmjena interakcija (nazvana Dzialoszinski-Moria interakcija) između dviju stanica sa spin vektorima S1 i S2 ima energiju različitu od nule samo ako dotične stanice nisu magnetski ekvivalentne.

Interakcija ovog tipa opažena je u nekim antiferomagnetima u obliku slabe spontane magnetizacije (u obliku slabog feromagnetizma), odnosno magnetizacija je tisućinka u usporedbi s magnetizacijom konvencionalnih feromagneta… Primjeri takvih tvari: hematit, manganov karbonat, kobaltov karbonat.