ડાઇલેક્ટ્રિક્સ અને સેમિકન્ડક્ટર્સનું મેગ્નેટિઝમ

ધાતુઓથી વિપરીત, ડાઇલેક્ટ્રિક્સ અને સેમિકન્ડક્ટર્સમાં સામાન્ય રીતે પ્રવાસી ઇલેક્ટ્રોન હોતા નથી. તેથી, ચુંબકીય ક્ષણો આ પદાર્થોમાં તેઓ આયનીય અવસ્થામાં ઈલેક્ટ્રોન સાથે સ્થાનિક છે. આ મુખ્ય તફાવત છે. ધાતુઓનું ચુંબકત્વ, બેન્ડ થિયરી દ્વારા વર્ણવેલ, ડાઇલેક્ટ્રિક્સ અને સેમિકન્ડક્ટર્સના ચુંબકત્વ દ્વારા.

બેન્ડ થિયરી મુજબ, ડાઇલેક્ટ્રિક્સ એ એક સમાન સંખ્યા ધરાવતા સ્ફટિકો છે ઇલેક્ટ્રોન… આનો અર્થ એ થાય છે કે ડાઇલેક્ટ્રિક માત્ર એક્સપોઝ કરી શકે છે ડાયમેગ્નેટિક ગુણધર્મો, જે, જો કે, આ પ્રકારના ઘણા પદાર્થોના કેટલાક ગુણધર્મોને સમજાવતું નથી.

હકીકતમાં, સ્થાનિક ઇલેક્ટ્રોનનું પેરામેગ્નેટિઝમ, તેમજ ફેરો- અને એન્ટિફેરોમેગ્નેટિઝમ (પદાર્થની ચુંબકીય અવસ્થાઓમાંની એક, એ હકીકત દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે કે પદાર્થના પડોશી કણોની ચુંબકીય ક્ષણો એકબીજા તરફ લક્ષી છે, અને તેથી ચુંબકીયકરણ એકંદરે શરીર ખૂબ જ નાનું છે) ડાઇલેક્ટ્રિક્સનું ઈલેક્ટ્રોન્સના કુલોમ્બ મ્યુચ્યુઅલ રિસ્પ્લેશનનું પરિણામ છે (વાસ્તવિક અણુઓમાં ઈલેક્ટ્રોન Uc ની કુલોમ્બ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ઊર્જા 1 થી 10 અથવા વધુ ઈલેક્ટ્રોન વોલ્ટ સુધીની હોય છે).

ધારો કે એક વધારાના ઇલેક્ટ્રોન એક અલગ અણુમાં દેખાયો, જેના કારણે તેની ઊર્જા મૂલ્ય e દ્વારા વધી. આનો અર્થ એ છે કે આગામી ઇલેક્ટ્રોન ઊર્જા સ્તર Uc + e માં છે. ક્રિસ્ટલની અંદર, આ બે ઈલેક્ટ્રોનના ઉર્જા સ્તરો બેન્ડમાં વિભાજિત થાય છે, અને જ્યાં સુધી બેન્ડ ગેપ અસ્તિત્વમાં છે ત્યાં સુધી ક્રિસ્ટલ કાં તો સેમિકન્ડક્ટર અથવા ડાઇલેક્ટ્રિક છે.

એકસાથે, બે ઝોનમાં સામાન્ય રીતે સમાન સંખ્યામાં ઈલેક્ટ્રોન હોય છે, પરંતુ એવી પરિસ્થિતિ ઊભી થઈ શકે છે કે જ્યાં માત્ર નીચેનો ઝોન ભરાયેલો હોય અને તેમાં ઈલેક્ટ્રોનની સંખ્યા વિષમ હોય.

આવા ડાઇલેક્ટ્રિક કહેવામાં આવે છે મોટ-હબાર્ડ ડાઇલેક્ટ્રિક… જો ઓવરલેપ ઇન્ટિગ્રલ્સ નાના હોય, તો ડાઇલેક્ટ્રિક પેરામેગ્નેટિઝમ પ્રદર્શિત કરશે, અન્યથા ઉચ્ચારણ એન્ટિફેરોમેગ્નેટિઝમ હશે.

CrBr3 અથવા EuO જેવા ડાઇલેક્ટ્રિક્સ સુપરએક્સચેન્જ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પર આધારિત ફેરોમેગ્નેટિઝમ દર્શાવે છે. મોટાભાગના ફેરોમેગ્નેટિક ડાઇલેક્ટ્રિક્સમાં બિન-ચુંબકીય આયનો દ્વારા અલગ કરાયેલા ચુંબકીય 3d-આયનોનો સમાવેશ થાય છે.

એવી પરિસ્થિતિમાં જ્યાં 3d-ઓર્બિટલ્સની એકબીજા સાથે સીધી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા માટેનું અંતર મોટું છે, વિનિમય ક્રિયાપ્રતિક્રિયા હજી પણ શક્ય છે - ચુંબકીય આયનોના 3d-ઓર્બિટલ્સ અને બિન-ચુંબકીય આયનોના p-ઓર્બિટલ્સના તરંગ કાર્યોને ઓવરલેપ કરીને.

બે પ્રકારના "મિશ્રણ" ની ઓર્બિટલ્સ, તેમના ઇલેક્ટ્રોન ઘણા આયનોમાં સામાન્ય બની જાય છે - આ સુપરએક્સચેન્જ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે. શું આવા ડાઇલેક્ટ્રિક ફેરોમેગ્નેટિક છે કે એન્ટિફેરોમેગ્નેટિક તે ડી-ઓર્બિટલ્સના પ્રકાર, તેમના ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા અને એ કોણ દ્વારા પણ નક્કી કરવામાં આવે છે કે જ્યાં નોનમેગ્નેટિક આયન સ્થિત છે ત્યાંથી ચુંબકીય આયનોની જોડી જોવામાં આવે છે.

સ્પિન વેક્ટર S1 અને S2 સાથેના બે કોષો વચ્ચેની એન્ટિસપ્રમાણ વિનિમય ક્રિયાપ્રતિક્રિયા (જેને ડીઝિયાલોઝિન્સકી-મોરિયા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કહેવાય છે) જો પ્રશ્નમાં રહેલા કોષો ચુંબકીય રીતે સમકક્ષ ન હોય તો જ બિનશૂન્ય ઊર્જા ધરાવે છે.

આ પ્રકારની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કેટલાક એન્ટિફેરોમેગ્નેટ્સમાં નબળા સ્વયંસ્ફુરિત ચુંબકીકરણ (નબળા ફેરોમેગ્નેટિઝમના સ્વરૂપમાં) ના સ્વરૂપમાં જોવા મળે છે, એટલે કે, ચુંબકીકરણ સરખામણીમાં હજારમા છે. પરંપરાગત ફેરોમેગ્નેટના ચુંબકીયકરણ સાથે… આવા પદાર્થોના ઉદાહરણો: હેમેટાઇટ, મેંગેનીઝ કાર્બોનેટ, કોબાલ્ટ કાર્બોનેટ.