डायलेक्ट्रिक्स आणि सेमीकंडक्टर्सचे चुंबकत्व

धातूंच्या विपरीत, डायलेक्ट्रिक्स आणि सेमीकंडक्टरमध्ये सामान्यत: फिरणारे इलेक्ट्रॉन नसतात. त्यामुळे, चुंबकीय क्षण या पदार्थांमध्ये ते आयनिक अवस्थेत इलेक्ट्रॉन्ससह एकत्र केले जातात. हा मुख्य फरक आहे. धातूंचे चुंबकत्व, डायलेक्ट्रिक्स आणि सेमीकंडक्टर्सच्या चुंबकत्वाद्वारे, बँड सिद्धांताद्वारे वर्णन केलेले.

बँड सिद्धांतानुसार, डायलेक्ट्रिक्स एक सम संख्या असलेले क्रिस्टल्स आहेत इलेक्ट्रॉन… याचा अर्थ असा की डायलेक्ट्रिक्स फक्त उघड करू शकतात डायमॅग्नेटिक गुणधर्म, जे, तथापि, या प्रकारच्या अनेक पदार्थांच्या काही गुणधर्मांचे स्पष्टीकरण देत नाही.

खरं तर, स्थानिकीकृत इलेक्ट्रॉन्सचे पॅरामॅग्नेटिझम, तसेच फेरो- आणि अँटीफेरोमॅग्नेटिझम (पदार्थाच्या चुंबकीय अवस्थांपैकी एक, पदार्थाच्या शेजारच्या कणांचे चुंबकीय क्षण एकमेकांकडे केंद्रित असतात आणि त्यामुळे चुंबकीकरण संपूर्ण शरीर फारच लहान आहे) डायलेक्ट्रिक्सचे इलेक्ट्रॉन्सच्या कूलॉम्ब म्युच्युअल प्रतिकर्षणाचा परिणाम आहे (वास्तविक अणूंमध्ये इलेक्ट्रॉन Uc ची कुलॉम्ब परस्पर क्रिया ऊर्जा 1 ते 10 किंवा त्याहून अधिक इलेक्ट्रॉन व्होल्टपर्यंत असते).

समजा की एका वेगळ्या अणूमध्ये अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन दिसला, ज्यामुळे त्याची ऊर्जा ई मूल्याने वाढली. याचा अर्थ पुढील इलेक्ट्रॉन ऊर्जा पातळी Uc + e मध्ये आहे. क्रिस्टलच्या आत, या दोन इलेक्ट्रॉनच्या उर्जेच्या पातळीचे बँडमध्ये विभाजन होते आणि जोपर्यंत बँड गॅप अस्तित्वात आहे तोपर्यंत क्रिस्टल एकतर अर्धसंवाहक किंवा डायलेक्ट्रिक आहे.

एकत्रितपणे, दोन झोनमध्ये सामान्यतः सम संख्येत इलेक्ट्रॉन असतात, परंतु अशी परिस्थिती उद्भवू शकते जिथे फक्त खालचा झोन भरलेला असतो आणि त्यातील इलेक्ट्रॉनची संख्या विषम असते.

अशा डायलेक्ट्रिक म्हणतात मॉट-हबर्ड डायलेक्ट्रिक… जर ओव्हरलॅप इंटिग्रल्स लहान असतील, तर डायलेक्ट्रिक पॅरामॅग्नेटिझम प्रदर्शित करेल, अन्यथा उच्चारित अँटीफेरोमॅग्नेटिझम असेल.

डायलेक्ट्रिक्स जसे की CrBr3 किंवा EuO सुपरएक्सचेंज परस्परसंवादावर आधारित फेरोमॅग्नेटिझम प्रदर्शित करतात. बहुसंख्य फेरोमॅग्नेटिक डायलेक्ट्रिक्समध्ये चुंबकीय 3d-आयन नसलेले चुंबकीय आयन असतात.

अशा परिस्थितीत जेथे 3d-ऑर्बिटल्सचे एकमेकांशी थेट परस्परसंवादाचे अंतर मोठे आहे, विनिमय परस्परसंवाद अजूनही शक्य आहे - चुंबकीय आयनांच्या 3d-ऑर्बिटल्स आणि नॉन-चुंबकीय आयनांच्या p-ऑर्बिटल्सच्या वेव्ह फंक्शन्सला ओव्हरलॅप करून.

दोन प्रकारचे "मिश्रण" चे ऑर्बिटल्स, त्यांचे इलेक्ट्रॉन अनेक आयनांसाठी सामान्य होतात - हे सुपरएक्सचेंज परस्परसंवाद आहे. असा डायलेक्ट्रिक फेरोमॅग्नेटिक आहे की अँटीफेरोमॅग्नेटिक आहे हे d-ऑर्बिटल्सच्या प्रकारावर, त्यांच्या इलेक्ट्रॉन्सच्या संख्येवरून आणि नॉन-चुंबकीय आयन जिथे आहे तिथून चुंबकीय आयनांची जोडी कोणत्या कोनावर दिसते यावरून निर्धारित केले जाते.

स्पिन व्हेक्टर S1 आणि S2 असलेल्या दोन पेशींमधील अँटीसिमेट्रिक एक्सचेंज इंटरअॅक्शन (ज्याला डिझियालोझिन्स्की-मोरिया इंटरेक्शन म्हणतात) मध्ये शून्य ऊर्जा असते फक्त जर प्रश्नातील पेशी चुंबकीयदृष्ट्या समतुल्य नसतील.

या प्रकारचा परस्परसंवाद काही अँटीफेरोमॅग्नेट्समध्ये कमकुवत उत्स्फूर्त चुंबकीकरणाच्या स्वरूपात (कमकुवत फेरोमॅग्नेटिझमच्या स्वरूपात) दिसून येतो, म्हणजेच चुंबकीकरण तुलनेत हजारवे आहे. पारंपारिक फेरोमॅग्नेट्सच्या चुंबकीकरणासह… अशा पदार्थांची उदाहरणे: हेमॅटाइट, मॅंगनीज कार्बोनेट, कोबाल्ट कार्बोनेट.