誘電体と半導体の磁性

金属とは異なり、誘電体や半導体には通常、遍歴電子がありません。したがって、 磁気モーメント これらの物質では、それらはイオン状態の電子とともに局在しています。これが主な違いです。 金属の磁性、バンド理論、誘電体と半導体の磁性によって説明されます。

バンド理論によれば、誘電体は偶数を含む結晶です 電子… これは、誘電体は露出することしかできないことを意味します 反磁性しかし、これではこの種の多くの物質の特性の一部が説明されていません。

実際、局在電子の常磁性、ならびに強磁性および反強磁性（物質の磁性状態の 1 つで、物質の隣接する粒子の磁気モーメントが互いに向けられるという事実によって特徴付けられ、したがって物質の磁化が起こるという事実によって特徴付けられます）。誘電体の体は全体として非常に小さい）は、電子のクーロン相互反発の結果です（実際の原子における電子のクーロン相互作用エネルギー Uc の範囲は 1 ～ 10 電子ボルト以上です）。

追加の電子が孤立した原子に出現し、そのエネルギーが値 e だけ増加したと仮定します。これは、次の電子がエネルギー レベル Uc + e にあることを意味します。結晶内では、これら 2 つの電子のエネルギー準位がバンドに分割され、バンドギャップが存在する限り、結晶は半導体または誘電体のいずれかになります。

通常、2 つのゾーンには一緒に偶数の電子が含まれていますが、下のゾーンのみが満たされ、その中の電子の数が奇数になる状況が発生する可能性があります。

このような誘電体はと呼ばれます モット・ハバード誘電体… 重なり積分が小さい場合、誘電体は常磁性を示しますが、そうでない場合は、顕著な反強磁性が存在します。

CrBr3 や EuO などの誘電体は、超交換相互作用に基づいて強磁性を示します。強磁性誘電体の大部分は、非磁性イオンによって分離された磁性 3d イオンで構成されています。

3d 軌道が相互に直接相互作用する距離が遠い状況でも、磁性イオンの 3d 軌道と非磁性アニオンの p 軌道の波動関数を重ね合わせることで交換相互作用が可能です。

2 種類の軌道が「混合」され、それらの電子がいくつかのイオンに共通になります。これが超交換相互作用です。このような誘電体が強磁性であるか反強磁性であるかは、d 軌道の種類、電子の数、さらに非磁性イオンが存在する場所から一対の磁性イオンが見える角度によって決まります。

スピンベクトル S1 および S2 を持つ 2 つのセル間の反対称交換相互作用 (ジャロジンスキー-モリア相互作用と呼ばれる) は、問題のセルが磁気的に等価でない場合にのみ、ゼロ以外のエネルギーを持ちます。

このタイプの相互作用は、一部の反強磁性体で弱い自発磁化 (弱い強磁性の形) で観察されます。つまり、磁化は比較すると 1000 分の 1 です。 従来の強磁性体の磁化による… そのような物質の例: 赤鉄鉱、炭酸マンガン、炭酸コバルト。