డైఎలెక్ట్రిక్స్ మరియు సెమీకండక్టర్స్ యొక్క అయస్కాంతత్వం

లోహాల వలె కాకుండా, విద్యుద్వాహకములు మరియు సెమీకండక్టర్లు సాధారణంగా సంచార ఎలక్ట్రాన్లను కలిగి ఉండవు. అందువలన, అయస్కాంత క్షణాలు ఈ పదార్ధాలలో అవి అయానిక్ స్థితులలో ఎలక్ట్రాన్‌లతో కలిసి స్థానికీకరించబడతాయి. ఇది ప్రధాన వ్యత్యాసం. లోహాల అయస్కాంతత్వం, బ్యాండ్ సిద్ధాంతం ద్వారా, డైఎలెక్ట్రిక్స్ మరియు సెమీకండక్టర్ల అయస్కాంతత్వం ద్వారా వివరించబడింది.

బ్యాండ్ సిద్ధాంతం ప్రకారం, విద్యుద్వాహకములు సరి సంఖ్యను కలిగి ఉన్న స్ఫటికాలు ఎలక్ట్రాన్లు… దీని అర్థం విద్యుద్వాహకములు మాత్రమే బహిర్గతం చేయగలవు డయామాగ్నెటిక్ లక్షణాలు, అయితే, ఈ రకమైన అనేక పదార్ధాల యొక్క కొన్ని లక్షణాలను వివరించలేదు.

వాస్తవానికి, స్థానికీకరించిన ఎలక్ట్రాన్ల యొక్క పారా అయస్కాంతత్వం, అలాగే ఫెర్రో- మరియు యాంటీఫెరో మాగ్నెటిజం (ఒక పదార్ధం యొక్క అయస్కాంత స్థితులలో ఒకటి, పదార్ధం యొక్క పొరుగు కణాల యొక్క అయస్కాంత కదలికలు ఒకదానికొకటి ఆధారపడి ఉంటాయి మరియు అందువల్ల అయస్కాంతీకరణం మొత్తం శరీరం చాలా చిన్నది) విద్యుద్వాహకము అనేది ఎలక్ట్రాన్ల యొక్క కూలంబ్ పరస్పర వికర్షణ యొక్క ఫలితం (నిజమైన పరమాణువులలో ఎలక్ట్రాన్ల Uc యొక్క కూలంబ్ సంకర్షణ శక్తి 1 నుండి 10 లేదా అంతకంటే ఎక్కువ ఎలక్ట్రాన్ వోల్ట్‌ల వరకు ఉంటుంది).

ఒక వివిక్త పరమాణువులో అదనపు ఎలక్ట్రాన్ కనిపించిందని అనుకుందాం, దాని శక్తి విలువ e ద్వారా పెరిగింది. దీని అర్థం తదుపరి ఎలక్ట్రాన్ శక్తి స్థాయి Uc + eలో ఉంటుంది. క్రిస్టల్ లోపల, ఈ రెండు ఎలక్ట్రాన్‌ల శక్తి స్థాయిలు బ్యాండ్‌లుగా విడిపోతాయి మరియు బ్యాండ్ గ్యాప్ ఉన్నంత వరకు, క్రిస్టల్ సెమీకండక్టర్ లేదా డైలెక్ట్రిక్‌గా ఉంటుంది.

రెండు జోన్‌లు కలిపి, సాధారణంగా సరి సంఖ్యలో ఎలక్ట్రాన్‌లను కలిగి ఉంటాయి, అయితే దిగువ జోన్‌ను మాత్రమే నింపి అందులోని ఎలక్ట్రాన్‌ల సంఖ్య బేసిగా ఉండే పరిస్థితి ఏర్పడవచ్చు.

అటువంటి విద్యుద్వాహకము అంటారు మోట్-హబ్బర్డ్ విద్యుద్వాహకము… అతివ్యాప్తి సమగ్రతలు చిన్నగా ఉంటే, విద్యుద్వాహకము పారా అయస్కాంతత్వాన్ని ప్రదర్శిస్తుంది, లేకుంటే యాంటీఫెరో మాగ్నెటిజం ఉచ్ఛరించబడుతుంది.

CrBr3 లేదా EuO వంటి విద్యుద్వాహకాలు సూపర్ ఎక్స్ఛేంజ్ పరస్పర చర్య ఆధారంగా ఫెర్రో అయస్కాంతత్వాన్ని ప్రదర్శిస్తాయి. మెజారిటీ ఫెర్రో అయస్కాంత విద్యుద్వాహకములు అయస్కాంత 3d-అయాన్‌లను అయస్కాంతేతర అయాన్‌లతో వేరు చేస్తాయి.

ఒకదానితో ఒకటి 3d-కక్ష్యల యొక్క ప్రత్యక్ష పరస్పర చర్య కోసం దూరం పెద్దగా ఉన్న పరిస్థితిలో, మార్పిడి పరస్పర చర్య ఇప్పటికీ సాధ్యమవుతుంది - అయస్కాంత అయాన్ల 3d-ఆర్బిటాల్స్ మరియు అయస్కాంతేతర అయాన్ల యొక్క p-ఆర్బిటాల్స్ యొక్క వేవ్ ఫంక్షన్‌లను అతివ్యాప్తి చేయడం ద్వారా.

రెండు రకాల కక్ష్యలు "మిక్స్", వాటి ఎలక్ట్రాన్లు అనేక అయాన్లకు సాధారణం అవుతాయి - ఇది సూపర్ ఎక్స్ఛేంజ్ పరస్పర చర్య. అటువంటి విద్యుద్వాహకము ఫెర్రో మాగ్నెటిక్ లేదా యాంటీఫెరోమాగ్నెటిక్ అనేది d-ఆర్బిటాల్స్ రకం, వాటి ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య మరియు అయస్కాంత అయాన్ ఉన్న చోట నుండి ఒక జత అయస్కాంత అయాన్లు కనిపించే కోణం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది.

స్పిన్ వెక్టర్స్ S1 మరియు S2 ఉన్న రెండు కణాల మధ్య యాంటిసిమ్మెట్రిక్ ఎక్స్ఛేంజ్ ఇంటరాక్షన్ (డిజియాలోస్జిన్స్కి-మోరియా ఇంటరాక్షన్ అని పిలుస్తారు) ప్రశ్నలోని కణాలు అయస్కాంతంగా సమానం కానప్పుడు మాత్రమే నాన్ జీరో శక్తిని కలిగి ఉంటాయి.

బలహీనమైన ఆకస్మిక అయస్కాంతీకరణ (బలహీనమైన ఫెర్రో అయస్కాంతత్వం రూపంలో) రూపంలో కొన్ని యాంటీఫెరో మాగ్నెట్‌లలో ఈ రకమైన పరస్పర చర్య గమనించవచ్చు, అంటే, అయస్కాంతీకరణ పోల్చి చూస్తే వెయ్యి వంతు. సంప్రదాయ ఫెర్రో అయస్కాంతాల అయస్కాంతీకరణతో… అటువంటి పదార్ధాల ఉదాహరణలు: హెమటైట్, మాంగనీస్ కార్బోనేట్, కోబాల్ట్ కార్బోనేట్.