Заморожування - орбітальний момент
Величина J залишається хорошим квантовим числом і в твердих діелектриках, де носіями магнітних моментів є іони лантанідів і актинидов. Однак для іонів групи заліза (Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Сі) за рахунок сильного впливу внутрішньокристалічного поля відбувається заморожування орбітального моменту. Пов'язано це з тим, що магнітні властивості іонів групи заліза обумовлені зовнішньої Зс / - оболонкою. Магнетизм іонів лантанідів і актинидов обумовлений внутрішніми 4 / - і 5 / - оболонками, які заекраніровани від впливу кристалічного поля зовнішніми електронами. [16]
У вільному атомі електрони рухаються в поле зі сферично симетричним потенціалом, але в молекулі або твердому тілі потенціал вже перестав бути сферически симетричним. Результатом цієї нижчою симетрії оточення є заморожування орбітального моменту електрона; в даних умовах орбітальний момент вже не є хорошим квантовим числом і його середнє значення дорівнює нулю. Все ж певний внесок орбітального руху зберігається, і це викликає позитивне або негативне відхилення g - фактора від значення 2 0023 для вільного спина. [17]
Ван Флек [6] і Бете [7] заклали основи кількісного опису цих взаємодій, розвиваючи теорію, яка зараз відома як теорія кристалічного поля. Ця теорія має першорядне значення для нашого розуміння магнетизму в цілому і результатів експериментів по парамагнітного резонансу зокрема. Перший успіх теорії кристалічного поля пов'язаний з поясненням ефекту заморожування орбітального моменту для іонів елементів групи заліза. [18]
У багатьох парамагнетиках, що містять іони групи Fe, спостерігається своєрідне заморожування орбітальних моментів іона. під впливом електричні. [20]
Елементи від La до Eu зараховують до легким, а від Gd до Lu - до важких рідкоземельних елементів. Розташована в глибині атома незабудована 4 / - оболонка екранована від впливу кристалічного поля і заморожування орбітального моменту атома не відбувається. Тому магнітний момент в атомах РЗМ визначається як спінові, так і орбітальним магнітними моментами 4 / - електронів. [21]
Магнітний момент атома в речовині може відрізнятися від значення в ізольованому (вільному) атомі. Середній же момент, який припадає на окремий атом в кристалі заліза, складає тільки 2 21 ц в. Такий розподіл електронів в атомі заліза показує, що при утворенні кристала в зв'язку з колективізацією зовнішніх 45-електронів і частково 3-електронів (бо вони розташовані далеко від ядра) відбувається зменшення магнітного моменту атома з-за додаткову компенсацію 4 -електроіамі не компенсуються Sd-електронів . Інша причина зменшення їх атомного моменту полягає в явищі заморожування орбітальних моментів (практично їх зникнення) внаслідок впливу сусідніх іонів кристалічної решітки на кожен даний іон. [22]
Мзить отримано при розгляді розщеплення орбітальних рівнів в кристалічному полі. Так як воно більше, ніж мультшшетное розщеплення (по менше, ніж розщеплення, обумовлене спін-сптгаовим взаємодією пли взаємодією орбіта - орбіта), або, іншими словами, так як взаємодія кристалічного поля з електронної орбітою більше спнн-орбіталиюго взаємодії, то в першому наближенні можна розглядати тільки орбітальні стану, а вплив спинив вважати возмущенном. L-S, з'являється тільки в другому наближенні. Якщо папнізшій орбітальний рівень синглет, то він не є магнітним (по відношенню до орбітальних станів); в цьому випадку є тільки спіновий магнетизм. Наступне наближення враховує вплив вищих орбітальних рівнів, яке буде мало, якщо вони значно віддалені. Таке заморожування орбітальних моментів найбільш яскраво виражено в першій половині елементів групи заліза, де для більшості попів виявлено гарне згоду величин магнітних моментів зі значеннями Бозе - Стонера. Основною причиною цього є значно більша величина константи сипного-орбіталь-ного взаємодії X в другій половині групи. [23]
Вирішальну роль відіграють при цьому кристалічне поле і обмінні взаємодії. В певній галузі температур обмінні взаємодії можуть призвести до спонтанного впорядкування магнітних моментів, тому під час обговорення магніто-впорядкованих станів доцільно почати перш за все з них. Вплив кристалічного поля на магнітний момент атома тісно пов'язане з впливом цього поля на орбітальний рух електронів і на момент кількості руху атома. Воно виявляється різним в залежності від того, яку величину - сильну, проміжну або слабку - має кристалічну поле (див. Стор. Слабке кристалічна полі не порушує спін-орбітальну зв'язок, і повний магнітний момент залишається таким же, як і у вільного іона. Однак кристалічне поле може частково зняти виродження окремих Мультиплетність рівнів і змінити відстань між ними, що має бути враховано при точних статистичних розрахунках парамагнитной сприйнятливості та інших величин. Найбільш цікавий для нас випадок про проміжного кристалічного поля; дію поля на магнітний момент в цьому випадку є значно сильнішим і призводить до так званого заморожування орбітального моменту. [25]
Сторінки: 1 2