المغناطيسية للعوازل وأشباه الموصلات

على عكس المعادن ، لا تحتوي العوازل وأشباه الموصلات عادةً على إلكترونات متجولة. لذلك، لحظات مغناطيسية في هذه المواد يتم توطينها مع الإلكترونات في الحالات الأيونية. هذا هو الاختلاف الرئيسي. مغناطيسية المعادن، التي وصفتها نظرية النطاق ، من خلال مغناطيسية العوازل وأشباه الموصلات.

وفقًا لنظرية النطاق ، فإن العوازل هي بلورات تحتوي على عدد زوجي الإلكترونات... هذا يعني أن العوازل يمكن أن تعرض فقط خصائص نفاذية مغناطيسيةوالتي ، مع ذلك ، لا تفسر بعض خصائص العديد من المواد من هذا النوع.

في الواقع ، البارامغناطيسية للإلكترونات الموضعية ، وكذلك المغناطيسية الحديدية والمضادة للحديد (إحدى الحالات المغناطيسية لمادة ، تتميز بحقيقة أن اللحظات المغناطيسية للجسيمات المجاورة للمادة موجهة نحو بعضها البعض ، وبالتالي مغنطة الجسم ككل صغير جدًا) من العوازل هو نتيجة التنافر المتبادل للإلكترونات كولوم (تتراوح طاقة تفاعل كولوم للإلكترونات Uc في الذرات الحقيقية من 1 إلى 10 أو أكثر من الإلكترون فولت).

افترض أن إلكترونًا إضافيًا ظهر في ذرة معزولة ، مما أدى إلى زيادة طاقته بقيمة e. هذا يعني أن الإلكترون التالي يقع في مستوى الطاقة Uc + e. داخل البلورة ، تنقسم مستويات الطاقة لهذين الإلكترونين إلى نطاقات ، وطالما وجدت فجوة النطاق ، فإن البلورة إما شبه موصل أو عازل.

تحتوي المنطقتان معًا عادةً على عدد زوجي من الإلكترونات ، ولكن يمكن أن تنشأ حالة حيث يتم ملء المنطقة السفلية فقط ويكون عدد الإلكترونات فيها فرديًا.

يسمى هذا العازل Mott-Hubbard عازل... إذا كانت التكاملات المتداخلة صغيرة ، فإن العازل الكهربائي سيظهر بارامغناطيسية ، وإلا سيكون هناك مقاومة مغناطيسية واضحة.

تُظهر العوازل الكهربائية مثل CrBr3 أو EuO المغناطيسية الحديدية بناءً على تفاعل التبادل الفائق. تتكون غالبية العوازل المغناطيسية من أيونات مغناطيسية ثلاثية الأبعاد مفصولة بأيونات غير مغناطيسية.

في حالة تكون فيها مسافة التفاعل المباشر بين المدارات ثلاثية الأبعاد مع بعضها البعض كبيرة ، لا يزال تبادل التفاعل ممكنًا - من خلال تداخل الوظائف الموجية للمدارات ثلاثية الأبعاد للأيونات المغناطيسية والمدارات p للأنيونات غير المغناطيسية.

المدارات من نوعين "مزيج" ، تصبح إلكتروناتها مشتركة للعديد من الأيونات - وهذا هو تفاعل التبادل الفائق. يتم تحديد ما إذا كان هذا العازل مغناطيسيًا مغناطيسيًا أم مغناطيسيًا مضادًا بواسطة نوع المدارات d وعدد إلكتروناتها وأيضًا بالزاوية التي يُرى فيها زوج من الأيونات المغناطيسية من مكان وجود الأيونات غير المغناطيسية.

تفاعل التبادل غير المتماثل (يُسمى تفاعل Dzialoszinski-Moria) بين خليتين بهما نواقل دوران S1 و S2 له طاقة غير صفرية فقط إذا كانت الخلايا المعنية غير متكافئة مغناطيسيًا.

لوحظ تفاعل من هذا النوع في بعض المغناطيسات المضادة في شكل مغنطة تلقائية ضعيفة (في شكل مغناطيسية حديدية ضعيفة) ، أي أن المغنطة هي ألف مقارنة مع مغنطة المغناطيسات الحديدية التقليدية… أمثلة على هذه المواد: الهيماتيت ، كربونات المنغنيز ، كربونات الكوبالت.