Magnetismo de dieléctricos y semiconductores.
A diferencia de los metales, los dieléctricos y los semiconductores no suelen tener electrones itinerantes. Por lo tanto, momentos magnéticos en estas sustancias se localizan junto con los electrones en estados iónicos. Esta es la principal diferencia. magnetismo de los metales, descrito por la teoría de bandas, por el magnetismo de dieléctricos y semiconductores.
Según la teoría de bandas, los dieléctricos son cristales que contienen un número par electrones… Esto significa que los dieléctricos solo pueden exponer propiedades diamagnéticas, que, sin embargo, no explica algunas de las propiedades de muchas sustancias de este tipo.
De hecho, el paramagnetismo de electrones localizados, así como el ferro y antiferromagnetismo (uno de los estados magnéticos de una sustancia, caracterizado por el hecho de que los momentos magnéticos de las partículas vecinas de la sustancia están orientados entre sí, y por lo tanto la magnetización de el cuerpo en su conjunto es muy pequeño) de los dieléctricos es el resultado de la repulsión mutua de los electrones de Coulomb (la energía de interacción de Coulomb de los electrones Uc en los átomos reales varía de 1 a 10 o más electronvoltios).
Suponga que apareció un electrón adicional en un átomo aislado, lo que provocó que su energía aumentara en el valor e. Esto significa que el próximo electrón está en el nivel de energía Uc + e. Dentro del cristal, los niveles de energía de estos dos electrones se dividen en bandas, y mientras exista la brecha de banda, el cristal es un semiconductor o un dieléctrico.
Juntas, las dos zonas suelen contener un número par de electrones, pero puede surgir una situación en la que solo se llene la zona inferior y el número de electrones sea impar.
Tal dieléctrico se llama Mott-Hubbard dieléctrico… Si las integrales de superposición son pequeñas, entonces el dieléctrico exhibirá paramagnetismo; de lo contrario, habrá un pronunciado antiferromagnetismo.
Los dieléctricos como CrBr3 o EuO exhiben ferromagnetismo basado en la interacción de superintercambio. La mayoría de los dieléctricos ferromagnéticos consisten en iones magnéticos 3d separados por iones no magnéticos.
En una situación en la que la distancia para la interacción directa de los orbitales 3d entre sí es grande, la interacción de intercambio aún es posible, al superponer las funciones de onda de los orbitales 3d de iones magnéticos y los orbitales p de aniones no magnéticos.
Los orbitales de dos tipos se "mezclan", sus electrones se vuelven comunes a varios iones: esta es la interacción de superintercambio. Si dicho dieléctrico es ferromagnético o antiferromagnético está determinado por el tipo de orbitales d, el número de sus electrones y también por el ángulo en el que se ve un par de iones magnéticos desde donde se encuentra el ion no magnético.
Una interacción de intercambio antisimétrica (llamada interacción Dzialoszinski-Moria) entre dos celdas con vectores de espín S1 y S2 tiene energía distinta de cero solo si las celdas en cuestión no son magnéticamente equivalentes.
Una interacción de este tipo se observa en algunos antiferromagnetos en forma de magnetización espontánea débil (en forma de ferromagnetismo débil), es decir, la magnetización es una milésima respecto con magnetización de ferroimanes convencionales… Ejemplos de tales sustancias: hematita, carbonato de manganeso, carbonato de cobalto.