Từ tính của chất điện môi và chất bán dẫn

Không giống như kim loại, chất điện môi và chất bán dẫn thường không có các electron chuyển động. Vì thế, khoảnh khắc từ tính trong các chất này, chúng được định vị cùng với các electron ở trạng thái ion. Đây là sự khác biệt chính. từ tính của kim loại, được mô tả bởi lý thuyết dải, bởi từ tính của chất điện môi và chất bán dẫn.

Theo thuyết dải, chất điện môi là tinh thể chứa một số chẵn điện tử… Điều này có nghĩa là chất điện môi chỉ có thể phơi bày tính chất nghịch từ, tuy nhiên, không giải thích được một số tính chất của nhiều chất thuộc loại này.

Trên thực tế, thuận từ của các electron cục bộ, cũng như sắt từ và phản sắt từ (một trong những trạng thái từ tính của một chất, được đặc trưng bởi thực tế là các mô men từ của các hạt lân cận của chất đó hướng về nhau, và do đó, từ hóa của cơ thể nói chung là rất nhỏ) của chất điện môi là kết quả của lực đẩy lẫn nhau Coulomb của các electron (năng lượng tương tác Coulomb của các electron Uc trong các nguyên tử thực nằm trong khoảng từ 1 đến 10 electron hoặc hơn).

Giả sử rằng một electron bổ sung xuất hiện trong một nguyên tử bị cô lập, làm cho năng lượng của nó tăng thêm một giá trị e. Điều này có nghĩa là electron tiếp theo ở mức năng lượng Uc + e. Bên trong tinh thể, các mức năng lượng của hai electron này phân chia thành các dải và miễn là khoảng cách dải còn tồn tại, tinh thể là chất bán dẫn hoặc chất điện môi.

Cùng với nhau, hai vùng thường chứa số lượng electron chẵn, nhưng có thể nảy sinh tình huống khi chỉ vùng dưới được lấp đầy và số lượng electron trong đó là số lẻ.

Một điện môi như vậy được gọi là Điện môi Mott-Hubbard… Nếu các tích phân chồng lấp nhỏ, thì chất điện môi sẽ thể hiện tính thuận từ, nếu không sẽ có hiện tượng phản sắt từ rõ rệt.

Các chất điện môi như CrBr3 hoặc EuO thể hiện tính sắt từ dựa trên tương tác siêu trao đổi. Phần lớn các điện môi sắt từ bao gồm các ion 3d từ tính được phân tách bằng các ion không từ tính.

Trong trường hợp khoảng cách tương tác trực tiếp của các quỹ đạo 3d với nhau là lớn, tương tác trao đổi vẫn có thể xảy ra - bằng cách chồng lấp các hàm sóng của quỹ đạo 3d của các ion từ tính và quỹ đạo p của các anion không từ tính.

Các quỹ đạo của hai loại "trộn lẫn", các electron của chúng trở nên phổ biến đối với một số ion - đây là tương tác siêu trao đổi. Việc một chất điện môi như vậy là sắt từ hay phản sắt từ được xác định bởi loại quỹ đạo d, số lượng electron của chúng và cũng bởi góc mà một cặp ion từ tính được nhìn thấy từ vị trí của ion không từ tính.

Một tương tác trao đổi phản đối xứng (được gọi là tương tác Dzialoszinski-Moria) giữa hai tế bào có vectơ spin S1 và S2 chỉ có năng lượng khác không nếu các tế bào được đề cập không tương đương về mặt từ tính.

Tương tác kiểu này được quan sát thấy ở một số chất phản sắt từ ở dạng từ hóa tự phát yếu (ở dạng sắt từ yếu), nghĩa là từ hóa bằng một phần nghìn so với với từ hóa của sắt từ thông thường… Ví dụ về các chất như vậy: hematit, mangan cacbonat, coban cacbonat.