ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Природа парамагнетизма из "Физика твердого тела " При вычислении диамагнитной восприимчивости (10.13) предполагалось, что в твердом теле все электроны связаны со своими атомами. Это, очевидно, справедливо для диэлектриков. Однако в металлах, а также в полупроводниках при высоких температурах имеются электроны проводимости. Электронный газ также проявляет магнитную активность. Поэтому при вычислении магнитной восприимчивости твердых тел, имеющих электроны проводимости, наряду с восприимчивостью атомных остовов следует учесть магнитную восприимчивость электронного газа. Вопрос о поведении электронов проводимости в магнитном поле мы обсудим позже, а сейчас перейдем к обсуждению природы парамагнетизма. [c.324] Эта зависимость впервые была установлена П. Кюри п носит название закона Кюри. Величина С представляет собой некоторую константу, получившую название постоянной Кюри. [c.324] Следуя Ланжевену, рассмотрим среду, содержащую Анатомов в единичном объеме. Пусть каждый атом имеет постоянный магнитный момент М и взаимодействие между магнитными моментами атомов отсутствует. В отсутствие магнитного поля эти моменты ориентированы случайным образом, так что результирующая намагниченность равна нулю. При наложении магнитного поля эти моменты ориентируются в направлении поля. В результате этого появляется направленная по полЛ намагниченность. Ориентирующему действию поля препятствует тепловое движение. [c.325] что kxa обратно пропорциональна температуре, что полностью согласуется с опытом (закон Кюри). Постоянная Кюри С= = NixoMy(3kB). [c.326] Выражения (10.19) и (10.20) получены в предположении р 1, что соответствует слабым полям и не очень низким температурам. Это условие почти всегда выполняется. Только при очень сильных полях и низких температурах 3 1 и соотношения (10.19) и (10.20) не выполняются. Если р- оо, то th 3-vl, L ((3) 1 и намагниченность выходит постепенно на насыщение При этом все магнитные моменты атомов ориентируются строго в направлении поля. Этот результат также согласуется с опытом. [c.326] Обсудим теперь более подробно вопрос о природе магнитных моментов, вносящих вклад в парамагнетизм. Выше уже отмечалось, что магнитный момент свободного атома представляет собой векторную сумму как орбитальных, так и спиновых моментов всех электронов. Атомы с полностью заполненными оболочками имеют результирующий магнитный момент, равный нулю. Такие атомы диамагнитны. [c.328] Парамагнетизм обнаруживают атомы, имеющие неспаренные спины или нескомпепсированиый момент импульса, т. е. атомы с нечетным числом электронов или с частично заполненной внутренней оболочкой. Характер заполнения электронных оболочек определяется правилами Хунда. Согласно этим правилам, спины электронов в оболочке всегда складываются друг с другом так, чтобы дать максимально возможные значения момента импульса и магнитного момента. [c.328] Рассмотрим, например, заполнение rf-оболочки. В этой оболочке возможны 10 состояний 5 со спином, направленным вверх, и 5 со спином, направленным вниз. Если в id-оболочке имеется 2, 3, 4 или 5 электронов, то их спины ориентированы в одном направлении, например вверх. Это дает максимальное значение спинового момента. Шестой электрон, согласно правилам Хунда, должен иметь спин, направленный вниз. Это же относится к седьмому, восьмому, девятому и десятому электронам. Поскольку принцип Паули не допускает, чтобы в одном и том же месте в данный момент времени находились два электрона с одинаковым направлением спина, электроны с параллельными спинами разделены в пространстве. [c.328] В табл. 10.1, заимствованной из книги Ч. Киттеля, экспериментальные значения эффективного числа магнетонов Бора для ионов переходных элементов группы железа (изучались соответствующие соли) сравниваются с вычисленными по формуле (10.28). Видно, что для солей переходных элементов экспериментальные значения магнитного момента лучше согласуются с теоретическими, предсказываемыми формулойр = 21- 5(SI), а не формулой (10.28). Это свидетельствует о том, что орбитальный момент в этом случае как бы совсем отсутствует. В такой ситуации говорят, что орбитальные моменты заморожены . [c.328] Вернуться к основной статье