ความเป็นแม่เหล็กของไดอิเล็กตริกและสารกึ่งตัวนำ

ไดอิเล็กทริกและเซมิคอนดักเตอร์ต่างจากโลหะตรงที่มักไม่มีอิเลกตรอนในการเคลื่อนที่ ดังนั้น, ช่วงเวลาแม่เหล็ก ในสารเหล่านี้พวกมันถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่นพร้อมกับอิเล็กตรอนในสถานะไอออนิก นี่คือความแตกต่างหลัก ความเป็นแม่เหล็กของโลหะอธิบายโดยทฤษฎีวงดนตรีโดยแม่เหล็กของไดอิเล็กตริกและสารกึ่งตัวนำ

ตามทฤษฎีของวงดนตรี ไดอิเล็กตริกคือผลึกที่มีเลขคู่ อิเล็กตรอน… ซึ่งหมายความว่าไดอิเล็กตริกสามารถเปิดเผยได้เท่านั้น คุณสมบัติไดอะแมกเนติกซึ่งไม่ได้อธิบายถึงคุณสมบัติบางอย่างของสารหลายชนิดในประเภทนี้

ในความเป็นจริง paramagnetism ของอิเล็กตรอนที่มีการแปลเช่นเดียวกับ ferro- และ antiferromagnetism (หนึ่งในสถานะแม่เหล็กของสสาร โดดเด่นด้วยความจริงที่ว่าช่วงเวลาแม่เหล็กของอนุภาคที่อยู่ใกล้เคียงของสารนั้นมุ่งเข้าหากัน ดังนั้นการดึงดูดของ ร่างกายโดยรวมมีขนาดเล็กมาก) ของไดอิเล็กตริกเป็นผลมาจากการผลักกันของอิเล็กตรอนของคูลอมบ์ (พลังงานปฏิสัมพันธ์ของคูลอมบ์ของอิเล็กตรอน Uc ในอะตอมจริงมีช่วงตั้งแต่ 1 ถึง 10 อิเล็กตรอนโวลต์ขึ้นไป)

สมมติว่ามีอิเล็กตรอนเพิ่มเติมปรากฏในอะตอมเดี่ยว ซึ่งทำให้พลังงานเพิ่มขึ้นตามค่า e หมายความว่าอิเล็กตรอนตัวถัดไปอยู่ในระดับพลังงาน Uc + e ภายในคริสตัล ระดับพลังงานของอิเล็กตรอนสองตัวนี้จะแยกออกเป็นแถบๆ และตราบใดที่มีช่องว่างแถบนั้น คริสตัลนั้นจะเป็นเซมิคอนดักเตอร์หรือไดอิเล็กทริก

เมื่อรวมกันแล้ว ทั้งสองโซนมักจะมีจำนวนอิเล็กตรอนเป็นเลขคู่ แต่อาจเกิดสถานการณ์ที่มีเพียงโซนล่างเท่านั้นที่เต็มและจำนวนอิเล็กตรอนในนั้นเป็นเลขคี่

เรียกว่าอิเล็กทริก มอตต์-ฮับบาร์ด อิเล็กทริก… หากอินทิกรัลเหลื่อมกันมีขนาดเล็ก ไดอิเล็กตริกจะแสดงความเป็นพาราแมกเนติก มิฉะนั้นจะมีลักษณะต้านแม่เหล็กไฟฟ้าที่เด่นชัด

ไดอิเล็กตริกเช่น CrBr3 หรือ EuO แสดงความเป็นแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกตามปฏิสัมพันธ์การแลกเปลี่ยนยิ่งยวด ไดอิเล็กตริกชนิดเฟอร์โรแมกเนติกส่วนใหญ่ประกอบด้วยไอออนแม่เหล็ก 3 มิติที่แยกจากกันโดยไอออนที่ไม่ใช่แม่เหล็ก

ในสถานการณ์ที่ระยะห่างระหว่างอันตรกิริยาโดยตรงของออร์บิทัล 3 มิติระหว่างกันมีมาก การโต้ตอบแบบแลกเปลี่ยนยังคงเป็นไปได้ โดยการซ้อนทับกันของฟังก์ชันคลื่นของออร์บิทัล 3 มิติของไอออนแม่เหล็กและ p-ออร์บิทัลของแอนไอออนที่ไม่ใช่แม่เหล็ก

วงโคจรของสองประเภท "ผสม" อิเล็กตรอนของพวกมันกลายเป็นเรื่องธรรมดาสำหรับไอออนหลายตัว - นี่คืออันตรกิริยาของ superexchange ไม่ว่าไดอิเล็กตริกดังกล่าวจะเป็นเฟอร์โรแมกเนติกหรือแอนตีเฟอโรแมติกจะพิจารณาจากชนิดของออร์บิทัล d-orbitals จำนวนอิเล็กตรอน และมุมที่ไอออนแม่เหล็กคู่หนึ่งมองเห็นได้จากตำแหน่งของไอออนที่ไม่ใช่แม่เหล็ก

อันตรกิริยาการแลกเปลี่ยนแบบแอนติสมมาตร (เรียกว่าอันตรกิริยาระหว่าง Dzialoszinski-Moria) ระหว่างเซลล์สองเซลล์ที่มีเวกเตอร์สปิน S1 และ S2 จะมีพลังงานที่ไม่เป็นศูนย์ก็ต่อเมื่อเซลล์ดังกล่าวไม่เทียบเท่ากับสนามแม่เหล็ก

การทำงานร่วมกันของประเภทนี้พบได้ใน antiferromagnets บางชนิดในรูปแบบของการสะกดจิตตามธรรมชาติที่อ่อนแอ (ในรูปแบบของ ferromagnetism ที่อ่อนแอ) นั่นคือการสะกดจิตเป็นหนึ่งพันเมื่อเทียบกับ ด้วยการทำให้เป็นแม่เหล็กของแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกทั่วไป… ตัวอย่างของสารดังกล่าว: เฮมาไทต์ แมงกานีสคาร์บอเนต โคบอลต์คาร์บอเนต