502

MAT6WAIÓW

b)

Mom*nt

magn^tywny

Kierunek

spinu

,_S WLASNOSC. MAGNETYCZNE

o) K5S***

nyc _{15 2} Pochodzenie momentów nu*nclyc».ych .) elektron kr₄>«cy wokół J*dr. ..nan, wy,_War/ pole rtueneiuznc podobnie j*k kduly obwód pr*Ju elektrycznego (ry, 15 l_a>. _b, _elck “ oórzezjecy sic wokół własnej osi wytwarza pole magnetyczne

wtonośc. magnetyczne każdy elektron atomu może być zatem rozpatrywany j_ak₀ mały magnes. mający trwały orbitalny . spinowy moment magnetyczny, który _/c względu na dipol ową naturę magnesu jest również znany jako moment dipolowy Moment spinowy pojedynczego elektronu, nazywany magnetom,,, Bohra

jest zwykle oznaczany przez n„ i wynosi

“iS;"^9,274'^,0'”^AmJ    <**•'>

gdzie: c - ładunek elektronu, h - stała Plancka i m - masa elektronu.

Jest on często stosowany jako jednostka do wyrażania momentu magnetycznego atomu lub komórki elementarnej. Wyniki doświadczalne wskazują, że wypadkowy moment magnetyczny materiałów ferromagnetycznych w co najmniej 90% pochodź: od momentu spinowego elektronów.

Podczas omawiania struktury elektronowej atomów w rozdz. 2 wspomniano. że na poszczególnych poziomach energetycznych znajdować się mogą jedynie dwa elektrony o przeciwnych spinach. Ponieważ moment magnetyczny każdego elektronu pary na poszczególnych poziomach energetycznych ma przeciwny zwrot, więc wypadkowy moment magnetyczny od całkowicie zapełnionych poziomów energetycznych jest równy zeru. Można by wobec tego przypuszczać, żc atomy pierwiastków o nieparzystej liczbie atomowej powinny mieć. pochodzący od niesparowanego elektronu, wypadkowy moment magnetyczny. Tak jednak mc jest. idyt niesparowany elektron jest zwykle elektronem walencyjnym, a elektrony * ajencyjne poszczególnych atomów oddziałują między sobą w taki sposób, ze ich nomenty magnetyczne znoszą się wzajemnie, wobec czego materiał składający się edynie z atomów, w których tylko elektrony walencyjne nic są sparowane, nie ma

wypadkowego momentu magnetycznego.

Wyjątkowe pod względem zapełnienia poszczególnych poziomów ener-

ciycznych przez elektrony są metale przejściowe, gdyż mają one niekompletnie jpełmone elektronami wewnętrzne poziomy energetyczne. Zc względu na żałowanie magnetyczne interesujące są pierwiastki od skandu do niklu. Występujące

^W n‘°^Ach ,1.    . .

reguła H    pierwiastków niez-równo ważenie momentów spinowych wyjaśnia

d.^z^z*₁^o<i"'« * ta reguła pary elektronów o przeciwnych spinach tworzą się

sparowane ^ⁿf^CJⁿ*^en,u wszystkich orbit danej podpowloki przez elektrony nic-

oricntacjc spin^ ^,r°ⁿy niesparowanc nu orbitach danej podpowloki mają jednakowe

15 I Każdy atom ^Slruk,ury elektronowe tych pierwiastków przedstawiono w tabl.

przypadku na podpowi^^⁶* "" ^wcwnęlr/ncj P^odP^owłoce‘* * rozpatrywanym

liczby nicspamw ^nKl i^lU *^>r^^cj^^c'^0wc8^0ma trwały moment magnetyczny, zależny od

Zachowanie magnetyczne materiałów zbudowanych / atomów mających wypadkowe momenty magnetyczne jest zależne od tego czy orientacja momentów magnetycznych sąsiednich atomów jest uporządkowana, czy też nie. Tendencja sąsiednich atomów do tego. aby mieć tak samo zorientowane spinowe momenty elektronów, jest konsekwencją oddziaływania między spinami elektronowymi sąsiednich atomów, nazywanego oddziaływaniem wymiennym. Oddziaływanie to jest zbliżone do oddziaływania występującego między elektronami tworzącymi wiązanie kowalencyjne. W niektórych przypadkach obniżenie energii materiału występuje wtedy, kiedy na skutek oddziaływania wymiennego zachodzi równoległe uporządkowanie momentów magnetycznych sąsiednich atomów (taki sam zwrot momentów magnetycznych). Oddziaływanie wymienne może również powodować antyrów-noległe uporządkowanie momentów magnetycznych sąsiednich atomów (przeciwne zwroty momentów magnetycznych). Materiały, w których na skutek oddziaływania wymiennego momenty magnetyczne atomów są uporządkowane równolegle, są nazywaneferromagnetykami, natomiast materiały, w których momenty magnetyczne są uporządkowane antyrównolegle są nazywane antyferromagnetykami. Jeżeli elementarne momenty magnetyczne są różne i są ustawione antyrównolegle to wówczas występuje nie skompensowany anty ferromagnetyzm, a materiały, w których występuje to zjawisko są nazywane ferrimagnetykami.

503