Dielektrikumok és félvezetők mágnesessége
A fémekkel ellentétben a dielektrikumok és félvezetők általában nem rendelkeznek vándorló elektronokkal. Ebből adódóan, mágneses momentumok ezekben az anyagokban az ionos állapotú elektronokkal együtt lokalizálódnak. Ez a fő különbség. fémek mágnesessége, amelyet a sávelmélet ír le, a dielektrikumok és félvezetők mágnesességével.
A sávelmélet szerint a dielektrikumok páros számot tartalmazó kristályok elektronok… Ez azt jelenti, hogy a dielektrikum csak exponálni képes diamágneses tulajdonságok, ami azonban nem magyarázza meg sok ilyen típusú anyag néhány tulajdonságát.
Valójában a lokalizált elektronok paramágnesessége, valamint a ferro- és antiferromágnesesség (az anyag egyik mágneses állapota, amelyet az a tény jellemez, hogy az anyag szomszédos részecskéinek mágneses momentumai egymás felé orientálódnak, és ezért az anyag mágnesezettsége a test egésze nagyon kicsi) dielektrikum az elektronok Coulomb-féle kölcsönös taszításának eredménye (az elektronok Uc Coulomb-kölcsönhatási energiája valós atomokban 1-10 vagy több elektronvolt között van).
Tegyük fel, hogy egy további elektron jelent meg egy izolált atomban, aminek hatására az energiája e értékkel megnövekedett. Ez azt jelenti, hogy a következő elektron az Uc + e energiaszinten van. A kristály belsejében ennek a két elektronnak az energiaszintje sávokra bomlik, és amíg a sáv rés fennáll, a kristály vagy félvezető, vagy dielektrikum.
A két zóna együtt általában páros számú elektront tartalmaz, de előfordulhat olyan helyzet, hogy csak az alsó zóna van kitöltve, és páratlan a benne lévő elektronok száma.
Az ilyen dielektrikum az ún Mott-Hubbard dielektrikum… Ha az átfedési integrálok kicsik, akkor a dielektrikum paramágnesességet mutat, ellenkező esetben kifejezett antiferromágnesesség lép fel.
Az olyan dielektrikumok, mint a CrBr3 vagy az EuO, szupercsere kölcsönhatáson alapuló ferromágnesességet mutatnak. A ferromágneses dielektrikumok többsége mágneses 3d-ionokból áll, amelyeket nem mágneses ionok választanak el.
Abban a helyzetben, amikor a 3d-pályák egymás közötti közvetlen kölcsönhatásának távolsága nagy, a cserekölcsönhatás továbbra is lehetséges - a mágneses ionok 3d-pályáinak és a nem mágneses anionok p-pályáinak hullámfüggvényeinek átfedésével.
A kétféle pályák "keverednek", elektronjaik több ionra közösek lesznek - ez a szupercsere kölcsönhatás. Hogy egy ilyen dielektrikum ferromágneses vagy antiferromágneses-e, azt a d-pályák típusa, elektronjaik száma, valamint az a szög határozza meg, ahonnan a nem mágneses ion elhelyezkedik egy mágneses ionpár.
Egy antiszimmetrikus kicserélődési kölcsönhatás (amit Dzialoszinski-Moria kölcsönhatásnak neveznek) két, S1 és S2 spin vektorral rendelkező sejt között csak akkor van nullától eltérő energia, ha a kérdéses sejtek mágnesesen nem egyenértékűek.
Egyes antiferromágneseknél ilyen típusú kölcsönhatás figyelhető meg gyenge spontán mágnesezés formájában (gyenge ferromágnesesség formájában), vagyis a mágnesezettség ezredrésze hagyományos ferromágnesek mágnesezésével… Példák ilyen anyagokra: hematit, mangán-karbonát, kobalt-karbonát.