Орбитальное движение электронов и диамагнетизм

I. Атомный диамагнетизм. Вызывается орбитальным движением электронов и создает эффективное поле = Яо (1 — а), [c.182]

ОРБИТАЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ И ДИАМАГНЕТИЗМ [c.172]

В 3-3-2 при объяснении явлений диамагнетизма с помощью прецессионного и орбитального движения электронов квантовомеханические понятия нигде не применялись. Между тем, как указывалось в 3-2-3, магнитный момент атома определяется наличием спина электрона и его азимутальным квантовым числом. При отсутствии внешнего магнитного поля усредненный магнитный момент, обусловленный орбитальным движением электронов, равен нулю. При наличии внешнего магнитного поля, воздействующего на атом, явление диамагнетизма удобно описывать с помощью прецессии Лармора. В этом случае спиновый магнитный момент атома следует принять равным нулю. Например, для гелия имеем п= и при 1=0 спиновое квантовое число 5= = 1/2. Магнитные моменты, определяемые этими спиновыми квантовыми числами, равны Хв и — лв (м-в — магнетон Бора), а результирующий спиновый магнитный момент при этом будет равен нулю, что характеризует гелий как диамагнетик. Атом водорода имеет один электрон на оболочке 15, спин которого равен /г. Поэтому атом водорода обладает спиновым магнитным моментом и не проявляет диамагнитных свойств. Молекула водорода состоит из двух атомов, обладающих разными спинами, равными + /2 и — /г (их называют антипа-раллельными). Поэтому результирующий спиновый магнитный момент молекулы водорода получается равным нулю. Ион хлора имеет следующую электронную структуру (15)2, (25)2, (2р)б, (35)2, (Зр)б Это нозволяет сказать, что спиновый магнитный момент иона хлора равен [c.174]

Эта ситуация нарушается в квантовой механике, поскольку, как мы видели в п. 6 5 гл. II, орбитальное движение электрона в магнитном поле квантовано. Следовательно, собственные значения энергии электрона зависят от магнитного поля, и вычисленная полная энергия также оказывается зависящей от магнитного поля. Соответствующий вклад в восприимчивость характеризует диамагнетизм Ландау. Интересно было бы как можно дальше продвинуться в вычислениях, например для случая свободных электронов, чтобы получить вид электронных состояний в магнитном поле. [c.278]

При рассмотрении полной величины восприимчивости уже упоминалось, что электроны проводимости также обладают диамагнетизмом. В самом деле, орбитальное движение заряженной частицы в магнитном поле всегда приводит к диамагнетизму, так как, согласно закону Ленца, движение частицы создает поле, стремящееся уменьшить начальное поле. Попытка вычислить диамагнитную восприимчивость электронов проводимости на основе классической теории приводит к абсурдным результатам. Например, если мы, приравняв силу Лоренца центробежной силе, вычислим радиус орбиты и затем воспользуемся классическим выражением для магнитного момента, создаваемого замкнутым проводником с током, [c.101]

Среди них была работа Л. Ландау [248] (1930 г.) о диамагнетизме свободных электронов. Автору было тогда только 23 года, но в Советском Союзе его ценили уже настолько высоко, что направили за границу для изучения теоретической физики в некоторых ведущих центрах — Берлине, Копенгагене и Кембридже. Во время пребывания в Кембридже Ландау и получил тот неожиданный результат, что если правильно применить квантовую механику к орбитальному движению свободных электронов металла, находящегося в магнитном поле, то можно предсказать слабую постоянную диамагнитную восприимчивость, которая должна была составлять ровно одну треть величины спиновой парамагнитной восприимчивости, вычисленной Паули. В статье также кратко отмечено, что если принять во внимание периодическое поле решетки, следуя Блоху [51] (1928 г.), то расчеты орбитального диамагнетизма и спинового парамагнетизма останутся в принципе верными, но отношение 1 3 нарушится, и Ландау предположил, что, возможно, это имеет отношение к аномально высокому диамагнетизму висмута, как впоследствии действительно и оказалось. [c.24]

Диамагнетизм наблюдается во всех веществах и связан с тем. что внешнее магнитное поле оказывает влияние на орбитальное движение электронов, вследствие чего индуцируется магнитный момент, направленный навстречу внешнему полю. После снятия н ешнего магнитного поля индуцированный магнитный момент диамагнетика исчезает. Магнитная восприимчивость диамагнетиков [c.86]

Явление диамагнетизма характеризуется отрицательным магнитным моментом. Это можно объяснить наличием орбитального движения электрона и прецессии Лар.мора. Если приложить усилие к оси волчка с целью отклонить указанную ось на некоторый угол от вертикали, волчок, продолжая вращение вокруг своей оси, начнет прецессировать относительно вертикали. Подобное двилсение, которое совершает электрон в атоме, называют прецессией Лармора. Если учесть, что орбитальный момент количества движения электрона Р вызывает магнитный момент, и,ть то в соответствии с формулой (3-2-9) можно написать [c.171]

СЛИШКОМ массивны, чтобы обладать заметными орбитальными магнитными моментами, а собственный магнитный момент ядер примерно в 1(Я раз меньше соответствующего магнитного момента электрона. Ориентация электронных спинов во внешнем магнитном поле приводит к явлению парамагнетизма, а орбитальное движение электронов лежит в основе диамагнетизма. В реальном веществе эти два эффекта конкурируют между собой. Однако в этом параграфе мы полностью игнорируем явление парамагнетизма, а также пренебрегаем взаимодействием электронов с атомами. Таким образом, мы рассматриваем идеализированную задачу о газе свободных электронов во внешнем магнитном поле, считая их для простоты бесспино-выми частицами. Такая модель наглядно иллюстрирует возникновение диамагнетизма в результате квантования орбит, но, конечно, слишком упрощена для использования в физических приложениях [c.263]

В проведенном выше рассмотрении магнитных свойств электронов проводимости мы обсуждали только парамагнетизм, обусловленный взаимодействием собственного спина электронов с внешним магнитным полем Н. Помимо этого, существует диамагнетизм, возникающий за счет взаимосвязи поля с орбитальным движением электронов. Мы уже касались этого вопроса в гл. 14, где пришли к выводу, что при очень низких температурах в сильных полях и чрезвычайно чистых образцах (сОс = еНх1тс 1) обнаруживается сложный осцил-ляторный характер зависимости М от Я. В обычных образцах условие сОсТ 1 не выполняется и осцилляторная структура не наблюдается. Однако среднее значение М (Я) не обращается в нуль и имеется результирующая намагниченность, антипараллельная Я. Это явление, называемое диамагнетизмом Ландау, обусловлено орбитальным движением электронов в магнитном поле. Можно показать, что для свободных электронов ) [c.280]

ЛАНДАУ диамагнетизм — диамагнетизм систелш подвижных носителей зарядов (напр., электронов проводимости в металлах). Предсказан Л. Д. Ландау в 1930. Л. д. представляет собой чисто квантовый аффект, обусловленный квантованием орбитального движения заряж. частиц в магн. поле (квантуется энергия движения в плоскости, перпендикулярной полю, см. Ландау уровни). Л. д. связан С тем, что при помещении заряж. частиц в магн. поле траектории свободного движения частиц искривляются и возникает добавочное магн, поле, противоположное внеш. полю, т. е. у системы заряж. частиц появляется добавочный диамагн. момент. Л. д. заметно проявляется при низких темп-рах (ниже темп-ры вырождения) и может наблюдаться в вы-рождепном газе свободных электронов и у электронов проводимости в металлах, полуметаллах и полупроводниках. В простейшей модели вырожденного газа электронов проводимости в твёрдом теле с квадратичным законом дисперсии (е, р и пг — энергия, [c.571]

Диамагнетизм связан с изменением орбитального движения электро-ньв, которое происходит при помещении атомов в магнитное поле. Следует напомнить, что в замкнутом электрическом контуре магнитное поле индуцирует ток всегда в таком направлении, чтобы противодействовать изменению полного магнитного потока. Таким образом, электрический ток действительно обладает отрицательной восприимчивостью. Этот эффект вызывает диамагнетизм и имеет место также в системе зарядов, описываемой квантовой механикой. С другой стороны, парамагнетизм связан со стремлением постоянных магнитов располагаться в магнитном поле так, чтобы их дипольный момент был параллелен направлению поля. В атомных системах постоянный магнитный момент связан в простейших случаях со спииом электрона. Но может также существовать постоянный момент у незаполненной атомной оболочки, возникающий при комбинации спинового и орбитального моментов. Если система более устойчива, когда атомные диполи параллельны, го такая система при низких температурах будет ферромагнитной. При высоких температурах ферромагнетизм исчезает это явление подобно плавлению твёрдого тела, потому что иеферромагнитное состояние менее упорядоченное и имеет ббльшую итропию, чем ферромагнитное. Силы между упорядоченными магнитными моментами в ферромагнитных веществах не похожи иа магнитные силы между диполями, а, как мы увидим в 143, имеют электростатическое происхождение. [c.605]

Орбитальный диамагнетизм свободных электронов. По теореме классической механнки ) система зарядов, заполняющих определённый объём, а в остальном свободных, обладает нулевой магнитной восприимчивостью. Еслн система не ограничена, то каждый заряд системы будет двигаться по винтовой линии, и полный магнитный поток уменьшается. Однако заряды, ударяющиеся о стенку, изменяют своё движение таким образом, что их магнитное поле компенсирует поле остальных зарядов. [c.612]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...