Magnetismo de dielétricos e semicondutores
Ao contrário dos metais, dielétricos e semicondutores normalmente não possuem elétrons itinerantes. Portanto, momentos magnéticos nessas substâncias eles estão localizados junto com os elétrons em estados iônicos. Esta é a principal diferença. magnetismo dos metais, descrito pela teoria das bandas, pelo magnetismo de dielétricos e semicondutores.
De acordo com a teoria das bandas, os dielétricos são cristais contendo um número par elétrons… Isso significa que os dielétricos só podem expor propriedades diamagnéticas, o que, no entanto, não explica algumas das propriedades de muitas substâncias desse tipo.
De fato, o paramagnetismo de elétrons localizados, bem como o ferro e o antiferromagnetismo (um dos estados magnéticos de uma substância, caracterizado pelo fato de que os momentos magnéticos das partículas vizinhas da substância são orientados um para o outro e, portanto, a magnetização de o corpo como um todo é muito pequeno) de dielétricos é o resultado da repulsão mútua de elétrons de Coulomb (a energia de interação de Coulomb de elétrons Uc em átomos reais varia de 1 a 10 ou mais elétron-volts).
Suponha que um elétron adicional apareceu em um átomo isolado, o que fez com que sua energia aumentasse no valor e. Isso significa que o próximo elétron está no nível de energia Uc + e. Dentro do cristal, os níveis de energia desses dois elétrons se dividem em bandas e, enquanto existir o gap, o cristal é um semicondutor ou um dielétrico.
Juntas, as duas zonas geralmente contêm um número par de elétrons, mas pode surgir uma situação em que apenas a zona inferior é preenchida e o número de elétrons nela é ímpar.
Tal dielétrico é chamado Dielétrico Mott-Hubbard… Se as integrais de sobreposição forem pequenas, o dielétrico exibirá paramagnetismo, caso contrário, haverá antiferromagnetismo pronunciado.
Dielétricos como CrBr3 ou EuO exibem ferromagnetismo baseado na interação de supertroca. A maioria dos dielétricos ferromagnéticos consiste em íons magnéticos 3d separados por íons não magnéticos.
Em uma situação em que a distância para interação direta de orbitais 3d entre si é grande, a interação de troca ainda é possível - sobrepondo as funções de onda de orbitais 3d de íons magnéticos e orbitais p de ânions não magnéticos.
Orbitais de dois tipos "misturam", seus elétrons se tornam comuns a vários íons - esta é a interação de supertroca. Se tal dielétrico é ferromagnético ou antiferromagnético é determinado pelo tipo de orbitais d, o número de seus elétrons e também pelo ângulo em que um par de íons magnéticos é visto de onde o íon não magnético está localizado.
Uma interação de troca antisimétrica (chamada de interação Dzialoszinski-Moria) entre duas células com vetores de spin S1 e S2 tem energia diferente de zero apenas se as células em questão não forem magneticamente equivalentes.
Uma interação desse tipo é observada em alguns antiferromagnetos na forma de magnetização espontânea fraca (na forma de ferromagnetismo fraco), ou seja, a magnetização é um milésimo em comparação com magnetização de ferromagnetos convencionais… Exemplos dessas substâncias: hematita, carbonato de manganês, carbonato de cobalto.