Magnetisme dielektrik dan semikonduktor

Tidak seperti logam, dielektrik dan semikonduktor biasanya tidak memiliki elektron keliling. Karena itu, momen magnetik dalam zat ini mereka terlokalisasi bersama dengan elektron dalam keadaan ionik. Inilah perbedaan utamanya. kemagnetan logam, dijelaskan oleh teori pita, oleh magnetisme dielektrik dan semikonduktor.

Menurut teori pita, dielektrik adalah kristal yang mengandung bilangan genap elektron… Ini berarti bahwa dielektrik hanya dapat diekspos sifat diamagnetik, yang, bagaimanapun, tidak menjelaskan beberapa sifat dari banyak zat jenis ini.

Faktanya, paramagnetisme elektron terlokalisasi, serta ferro dan antiferromagnetisme (salah satu keadaan magnetik suatu zat, dicirikan oleh fakta bahwa momen magnetik partikel tetangga dari zat tersebut berorientasi satu sama lain, dan karenanya magnetisasi tubuh secara keseluruhan sangat kecil) dielektrik adalah hasil dari tolakan timbal balik Coulomb elektron (energi interaksi Coulomb elektron Uc dalam atom nyata berkisar antara 1 hingga 10 elektron volt atau lebih).

Misalkan elektron tambahan muncul dalam atom terisolasi, yang menyebabkan energinya meningkat sebesar nilai e. Ini berarti elektron berikutnya berada pada tingkat energi Uc + e. Di dalam kristal, tingkat energi dari dua elektron ini terbagi menjadi pita, dan selama celah pita ada, kristal tersebut adalah semikonduktor atau dielektrik.

Bersama-sama, kedua zona biasanya mengandung jumlah elektron genap, tetapi situasi dapat muncul di mana hanya zona bawah yang terisi dan jumlah elektron di dalamnya ganjil.

Dielektrik seperti itu disebut dielektrik Mott-Hubbard… Jika integral tumpang tindih kecil, maka dielektrik akan menunjukkan paramagnetisme, jika tidak akan ada antiferromagnetisme yang diucapkan.

Dielektrik seperti CrBr3 atau EuO menunjukkan feromagnetisme berdasarkan interaksi pertukaran super. Mayoritas dielektrik feromagnetik terdiri dari ion-ion magnetik 3d yang dipisahkan oleh ion-ion non-magnetik.

Dalam situasi di mana jarak untuk interaksi langsung orbital 3d satu sama lain besar, interaksi pertukaran masih dimungkinkan - dengan tumpang tindih fungsi gelombang 3d-orbital ion magnetik dan p-orbital anion non-magnetik.

Orbital dari dua jenis "bercampur", elektronnya menjadi umum untuk beberapa ion - ini adalah interaksi pertukaran super. Apakah dielektrik semacam itu bersifat feromagnetik atau antiferomagnetik ditentukan oleh jenis orbital-d, jumlah elektronnya, dan juga oleh sudut pandang pasangan ion magnetik dari tempat ion nonmagnetik berada.

Interaksi pertukaran antisimetris (disebut interaksi Dzialoszinski-Moria) antara dua sel dengan vektor spin S1 dan S2 memiliki energi bukan nol hanya jika sel-sel tersebut tidak ekuivalen secara magnetis.

Interaksi jenis ini diamati pada beberapa antiferromagnet dalam bentuk magnetisasi spontan lemah (dalam bentuk feromagnetisme lemah), yaitu magnetisasi seperseribu dibandingkan dengan magnetisasi feromagnet konvensional… Contoh zat tersebut: hematit, mangan karbonat, kobalt karbonat.