Магнитное свойство - кристалл
Cтраница 2
Приближенный анализ отдельных составляющих Еэл будет дан позже. Укажем здесь лишь на то обстоятельство, что специальный выбор нулевого уровня энергии, принятый в (1.1), не является единственным и не всегда наиболее выгоден. Если, например, исследуются магнитные свойства кристалла или другие явления, при которых значения различных энергетических вкладов остаются постоянными, то этими постоянными вкладами, невзирая на их величину, можно пренебречь. Нулевой уровень энергии удобно выбирать таким образом, чтобы в выражении для энергии кристалла остались только члены, которые интересуют нас в данном случае. [16]
 |
Зависимость магнитной восприимчивости гомоатомных соединений от их порядкового номера. [17] |
В стандартных условиях простые вещества находятся в разном агрегатном состоянии. Все газообразные и жидкие простые вещества являются диамагнитными. Сложнее обстоит дело с кристаллическими веществами. Магнитные свойства кристаллов определяются главным образом тремя вкладами: диамагнетизмом атомного остова, орбитальным диамагнетизмом валентных электронов и спиновым парамагнетизмом. [18]
Магнитные свойства простых веществ также обнаруживают периодическую зависимость от порядкового номера элемента ( рис. 126), но закономерности, которым подчиняется эта зависимость, требуют пояснения. В стандартных условиях простые вещества находятся в разном агрегатном состоянии. Все газообразные и жидкие простые вещества являются диамагнитными. Единственным исключением является кислород, парамагнетизм двухатомной молекулы которого объясняется с позиций метода МО. Сложнее обстоит дело с кристаллическими веществами. Магнитные свойства кристаллов определяются главным образом тремя вкладами: диамагнетизмом атомного остова, орбитальным диамагнетизмом валентных электронов и спиновым парамагнетизмом У неметаллов, в кристаллах которых доминирует ковалентная связь, вклад спинового парамагнетизма пренебрежимо мал, поэтому все они диамагнитны. Парамагнитными свойствами обладают все переходные металлы с недостроенными d - и / оболочками, щелочные, щелочно-зе-мельные металлы и магний, а также алюминий. По той же причине диамагнитными свойствами обладают металлы подгруппы галлия, олово и свинец. [19]
Простейшие молекулярные кристаллы состоят из неполярных молекул ( см. гл. IV), взаимно удерживаемых относительно слабыми связями ван-дер - Ваальса. Их свойства поэтому будут рассмотрены в два приема. Сперва будут перечислены свойства, характеризующие самую молекулу, именно - магнитные, электрические и оптические свойства-а затем свойства, возникающие только при ассоциации молекул, образующих кристалл - - твердость, точка плавления, сжимаемость и тепловое расширение. Так как обычно взаимодействие молекул в молекулярном кристалле незначительно, то свойства, зависящие от электронной структуры молекулы, почти одинаковы как для молекулы в кристалле, так и для свободной молекулы. Поэтому, например, магнитные свойства кристалла являются равнодействующим вектором свойств индивидуальных молекул, наклоненных в кристалле под различными углами. Следовательно, свойства первой группы могут значительно отличаться для различных молекулярных кристаллов. С другой стороны, свойства второй группы значительно более характерны для молекулярных кристаллов как класса. Молекулярные кристаллы обычно обладают малой твердостью и имеют низкие точки плавления и кипения, большую сжимаемость и большой коэфициент теплового расширения. Свойства эти обусловлены слабым сцеплением между молекулами. [20]
Это - силы обменного взаимодействия, подчиняющиеся законам квантовой механики. Сущность обменных сил заключается в том, что электроны атомов, расположенных на достаточно близком расстоянии друг от друга, подчиняются принципу неразличимости тождественных частиц. Этот принцип не имеет аналога в классической механике и заключается в том, что невозможно определить, какой из электронов принадлежит одному атому, а какой другому. Величина энергии связи атомов за счет обменного эффекта определяется величиной интеграла обменной энергии, а знак этого интеграла определяет параллельность или антипараллельность спинов в системе электронов. Ферромагнетики имеют положительное значение В и величину обменного интеграла, достаточную для образования доменов. Вследствие такой зависимости интеграла обменной энергии от межатомных расстояний становится понятным, почему некоторые соединения марганца ( который не является ферромагнетиком, см. рис. 127) ферромагнитны. Введение в решетку марганца некоторых других элементов вызывает изменение межатомного расстояния, а следовательно, и В до величины, необходимой для образования доменов. Наличие обменного взаимодействия приводит к параллельной ориентации спиновых магнитных моментов электронов ферромагнетика. Однако область самопроизвольного намагничивания не может увеличиться настолько, чтобы весь объем образца представлял собой единый домен. Такая структура энергетически невыгодна, так как требует для своего образования значительно большей энергии, чем структуры, представленные на рис. 128, б-г. Процесс дробления доменов будет продолжаться до тех пор, пока энергия, необходимая для образования новых граничных слоев или внутренних поверхностей, отделяющих друг от друга противоположно намагниченные домены, не станет больше, чем уменьшение магнитного поля рассеяния, соответствующее дальнейшему дроблению. Размеры и формы замыкающих доменов ( 1 и 2 на рис. 128, г) определяются магнитной анизотропией ферромагнетика. Магнитные свойства кристаллов ферромагнетика неравнозначны по различным осям. Поэтому в кристалле существует паправление как легкого намагничивания, так и наиболее трудного. Замыкающие домены вынуждены не считаться с направлением легкого намагничивания и требуют для своего образования дополнительной энергии. Таким образом, реальный ферромагнетик состоит из большого числа ориентированных доменов. [21]
Страницы: 1 2