磁性
解释磁性
电子在不断的旋转,因为电子的电荷,其自旋产生一个小磁矩。磁矩小磁铁的南北极。时刻的方向从南方到北极。在非磁性材料电子时刻取消,因为是随机排序电子自旋的方向。每当两个电子的时刻向相反方向一致,其影响会取消。磁铁时形成大量的电子使个人在同一个方向。只有一小部分晶体磁。力量往往使电子自旋是微妙的。有三个独立的部分磁性的解释。他们如下:
1。大多数磁铁组成原子谁的价电子在d——或者f件化学品——炮弹。原子壳符号指角动量,在那里年代单位,为零p有一个,d有两个,f有三个。电子d件化学品——炮弹往往是绑定到的离子,那些在f件化学品——炮弹会更加紧密。
2。每一个电子轨道可以被两个electrons-one自旋向上和自旋向下。的d壳牌有五个轨道状态和10个电子填充;的f壳牌有七个轨道状态和14时电子填满。一次添加到电子d国家根据经验规则的电子排列状态最大最大自旋和磁矩。如果第一个电子自旋向上,未来四也会旋转。允许最多五个电子自旋向上的d壳,所以第六必须自旋。类似地,f- - - - - -壳牌接受前7个电子自旋方向相同的电子自旋相反取向。电子填充原子壳层的顺序描述猎狗的规则,其中第一个是最大化总自旋。原子与电子部分填满d- - -f件化学品——炮弹通常有一个非零总自旋,因此净磁矩。这些磁离子的构建块磁晶体。
猎狗的第一规则是由于现象电子交换。正如上面所讨论的,一个基本的规则量子力学,泡利不相容原理指出,没有两个电子自旋方向相同的能占据空间同一点在同一时间。电子电荷互相排斥的。如果两个电子接近在一起,产生大量的能量。物理系统喜欢能量最低的状态,所以电子避免这么近的方法。当他们的旋转是平行的,电子相互避免由于泡利不相容原理。电子在同一壳因此更喜欢他们的自旋平行,因为这个配置使电子分开,从而减少排斥能量的总量。电子交换的概念是磁性的基础。这解释了为什么离子铁等大型磁矩。二价铁(Fe2 +),6d电子排列以达到最大的电子自旋和磁矩。
3所示。个人与固定离子磁矩可能合作使他们时刻,导致的磁性晶体的存在。铁磁物质从所有的晶体具有磁矩组成离子在同一方向一致;水晶的磁矩的总和个人时刻的离子。必须有一个磁力不同的离子,使它们之间的合作使他们的时刻。这个力也由于电子交换。的d从邻近轨道离子重叠弱共价键。的d电子在不同的离子通过共价键与邻居分享。电子交换会使这两个邻国的旋转。调整所有成对的邻居将离子。邻居之间的交换力比原子壳层内的力量较弱离子。虽然虚弱,但力量是足以引起铁磁性。
铁磁材料
铁是一个典型的铁磁体。并不是所有的酒吧的铁磁体;磁场的存在是由的性质所决定的域在酒吧。域是一个地区的晶体离子ferromagnetically对齐在同一个方向。酒吧可能由许多域,每一方都有一个不同的磁取向。这样的酒吧不会出现磁。每一个酒吧的磁性,但域时刻指向不同的方向,所以酒吧没有净的时刻。如果铁是放置在一个强大的酒吧磁场然而,酒吧成为磁。使酒吧成为一个域沿着外磁场与所有时刻保持一致。域不旋转的时刻;相反,墙上域之间移动。域和一个时刻在这个领域的增长,而其他人则变得更小。如果远离磁场,铁条相当长一段时间内仍将是磁化的时期。几乎所有的酒吧多晶铁:他们有许多小谷物单晶的包装一起随机取向。一个粮食可以单个域、域可能包括许多谷物,或大型粮食可以有多个域。
铁磁材料改变磁排序特征温度Tc被称为居里温度。三种常见的ferromagnetics-iron的居里温度,钴、镍的1043 K;1394 K;和631 K。在温度低于Tc的磁矩离子水晶是磁保持一致。温度超过Tc水晶不是铁磁,因为单个原子的时刻不再是一致的。以上Tc的时刻短程有序但不是长期的订单。短程秩序意味着当地订购。如果一个时刻点在一个方向上,邻国有一种倾向,指向相同的方向。这种倾向维持几个格子而不是维持很长一段距离。远程秩序是远距离的时刻一致的倾向。气温零下几度Tc时刻有强壮的短程有序,但只有少量的远程命令,所以酒吧不是很磁性。远程订单增加的趋势在较低的温度。居里温度的远程命令开始温度降低。
如果一个铁棒加热到温度以上Tc,酒吧不再是磁。如果下面的酒吧然后冷却温度Tc谷物成为磁性,但他们东方时刻随机方向,所以酒吧作为一个整体是没有磁性。酒吧可以通过加热棒,然后冷却退磁。通过插入它在一个大磁场,酒吧可以重新磁化。
铁磁性是发现在许多绝缘体以及金属。溴化铬(CrBr3)是绝缘体,因为是三价铬和溴原子需要一个电子来完成其外壳。三价铬原子都有一个时刻,这些对齐ferromagnetically低于37的居里温度K。氯化钆(GdCl3;Tc= 2.2 K)和氧化铕(去年同期的;欧元上升至Tc= 77 K)是两个其他的例子很多。
反铁磁性的材料
许多晶体磁离子非铁磁有序的安排。在反铁磁性的排序,时刻指向一个方向被他人指向相反的方向,平衡与物质没有净磁化的效果。的交换相互作用离子之间在本例中有相反的信号和支持旋转的交替安排。离子交换相互作用的符号取决于的长度共价键和键角;它可能取向。特征温度与反铁磁性叫做有关奈尔温度TN。下面TN离子antiferromagnetically命令,而高于这个温度没有远程反平行的秩序。反铁磁性的晶体的一些示例锰氧化物(MnO;TN= 116 K),硫化锰(MnS;TN= 160 K)和氧化铁(FeO说;TN= 198 K)。锰氧化物绝缘体,因为二价锰原子和氧原子接受两个电子。锰离子有一个固定的磁矩。锰氧化物的晶体结构是一样的氯化钠所示。奈尔温度以下的原子单位细胞大小双打包括每种类型的离子的两个原子。这是必要的,因为在下面TN邻近锰原子时刻在相反的方向,不再是等价的;单位细胞必须包括两个方向的一个时刻。氟化物如氟化锰(延长2)、铁(II)氟(FeF2)、氟化钴(咖啡2)和氟化镍(NiF)2)其他晶体表现出的反铁磁性的排序过渡金属离子。