Kristall maydonining atomlar magnetizmiga ta`siri

1.2. Kristall maydonining atomlar magnetizmiga ta`siri
Kristallda qo`shni atomlarning magnitli atom atrofida hosil qilgan elektr maydonini odatda kristall maydon deb ataladi. Ma`lumki, kristalli maydon elektron orbitaga yoki aniqroq qilib aytganda atomning elektron qobig`iga o`z navbatida orbital magnit momentiga ta`sir qiladi. Atomning spinli magnit momenti faqat to`g`ridan-to`g`ri bo`lmagan ta`sirlarni spin-orbital o`zaro ta`sir orqali sezadi [1].
Shredinger tenglamasining yechimi asosan elektron qobig` yoki atomning alohida qobig`laridagi elektronlar zichligining taqsimlanish ehtimolligi orbitallar deb nomlanuvchi funksiya orqali ifodalanadi.
S–qobig` orbitali sfera ko`rinishida tasavvur etiladi, p-qobig` «gantel» ko`rinishidagi uchta orbitallar bilan xarakterlanadi, d-qobig` «rozetka» ko`rinishiga beshta orbitallarga ega, f-qobig` murakkabroq konfiguratsiyalarga, ya`ni yettita orbitallarga ega.
Mendeleyev davriy sistemasidagi o`tuvchan elementlar (Nodir yer elementlar (NY) va aktinidlarni o`z ichiga olgan holda) atomlarning ba`zi bir qobig`lari (4d, 5d, 4f,5f) normal bo`lmagan holda elektronlar bilan to`ldirilgan, ya`ni to`la to`ldirilmagan, buning natijasida, ushbu qobig`larda magnit momentlari kompensatsiyasi sodir bo`lmaydi.
Masalan, temir atomining 3d qobig`ida 10 ta elektron o`rnida faqat 6 ta elektron bor, bu esa μs = 4 μB ekanligini beradi.
O`tuvchan elementlarga temir guruhi elementlari (3d-qobig`i to`ldirilmagan: Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni;
Palladiy guruhi elementlari (4d-qobig`i to`ldirilmagan): Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd;
Platina guruhi elementlari (5d-qobig`i to`ldirilmagan): Lu, Hf, W, Ta, Re, Os, Ir, Pt;
Nodir yer elementlari (4d-qobig`i to`ldirilmagan): La, Ce, Nd, Pr, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb;
Aktinidli elementlar (5f-qobig`i to`ldirilmagan): Tabiatda faqat to`rtta aktinidli oila vakillari uchraydi Ac, Tb, Pa va U (ulardan Ac va Pa radiaktiv) qolgan elementlar sintetik bo`lib, juda radiaktivdir. Np, Pu, Am, Cm va boshqalari jami bu oilaga mansubi 14 ta element bo`lishi kerak.
Sc, Y, Lu, La Ac normal sharoitda to`ldirilgan d va f–qobig`larga ega biroq qo`zg`atilgan holda ushbu to`ldirilganlik buziladi. O`tuvchan elementlar atomlarining to`la magnit momentlari μs va μl, ya`ni qobig`dagi barcha kompensatsiyalanmagan elektronlar momentlari vektorli yig`indi orqali topiladi (ularning soni k ga teng).
, (1.2.1)
bu yerda S va L-natijaviy spinli va orbital kvant sonlari. Undan so`ng va magnit momentlari vektorli yig`indisi amalga oshiriladi.
+ =, (1.2.2)
bu yerda J–atomning to`la kvant soni, u S+L ( va magnit momentlari yo`nalishi parallel bo`lgandan boshlab) qiymatdan S-L ( va magnit momentlari yo`nalishi antiparallel bo`lgangacha) qiymatgacha o`zgaradi.
Bunday sodda qo`shish amali kuchsiz spin-orbital o`zaro ta`sir bo`lganda amalga oshiriladi.
Spin-orbital o`zaro ta`sir deb atom ichidagi va magnit momentlarining o`zaro ta`siriga aytiladi. Bunda o`zaro ta`sir energiyasi quyidagi ifoda yordamida topiladi:
, (1.2.3)
bu yerda λ- spin-orbital o`zaro ta`sir doimiysi bo`lib, J=L+S bo`lgan hol uchun λ ning qiymatlari manfiy bo`ladi va J=L-S bo`lgan hol uchun λ ning qiymatlari musbat bo`ladi. Qator hollarda WLS energiya haroratga bog`liq, chunki kristallda panjaraning issiqlik tebranishlari kristall maydonning o`zgarishiga (Van Flek mexanizmi) yoki uning magnit maydonining (Valer mexanizmi) o`zgarishiga olib keladi. Ushbu maydonlar ga ta`sir qiladi, o`z navbatida WLS ga ham ta`sir etadi. Agar WLS yirik qiymatga ega bo`lsa, unda va momentlarni qo`shish juda murakkablashadi.
Kvant mexanikasi qonunlariga muvofiq o`tuvchan element atomining to`la magnit momenti quyidagi formula yordamida topiladi:
, (1.2.4)
bu yerda gJ -Lande faktori (uni ba`zida spektroskopik bo`linish faktori ham deb atashadi). Atom uchun giromagnitlik faktorni ifodalovchi formula quyidagi ko`rinishga ega:
, (1.2.5)
bu yerda gJ kattalik L, S va J kattaliklarga bog`liq. Fazoviy kvantlanishda esa kattalik uchun quyidagi ifodaga ega bo`lamiz:
, (1.2.6)
bu yerda mJ atomning magnit kvant soni 2J+1 qiymatni qabul qiladi. Ko`pgina hollarda atom magnit momenti qiymati deb kattalik emas, balki uningyo`nalishdagi maksimal proeksiyasi, ya`ni mJ=MJ bo`lgandagi qiymati qabul qilinadi va uni quyidagicha ifodalash mumkin:
. (1.2.7)
Atom qo`zg`atilganda va ionizatsiyalanganda uning magnit momenti o`zgaradi (masalan, tashqi nurlanish ta`sirida) yoki atomning kimyoviy reaksiyaga kirishganida qachonki, uning valentligi o`zgarsa, ya`ni elektronning bir qismi 3d-qobig`dan «ketadi» va juftlashmagan elektronlar soni boshqacha bo`ladi.
1.3. Kuchsiz ferromagnetizmga ega sistemalar.
Ko’pgina antiferromagnitiklarda kristall strukturaning xususiyatlari shundayki, magnitlanish yo’nalishlari qarama-qarshi bo’lgan panjara osti atomlari unchalik ekvivalent bo’lmagan kristallogrofik holatlarda bo’ladi, shuning uchun ularga bir xil bo’lmagan anizatropiya kuchlari ta’sir qiladi. Bu (agar kristall simmetriyasi imkoniyat bersa) panjara osti magnitlanishni kollenear bo’lmaslikka olib kelish mumkin, ularning aniq o’zaro kompensatsiyasi buziladi va hammasi bo’lib nominalning ni tashkil etuvchi unchalik katta bo’lmagan spontan magnitlanish paydo bo’ladi. Nokollenearlik anizatrop to’g’ridan-to’g’ri bo’lmagan almashinuv o’zaro ta’sir bilan va bir ionli anizatropiya bilan ham bog’langan bo’lishi mumkin. Bunday katta bo’lmagan spontan magnitlanishning paydo bo’lish hodisasi kuchsiz ferromagnitizm deyiladi, ushbu hodisa kuzatiladigan moddalar esa kuchsiz ferromagnitiklar deyiladi [3-7].
Gematitda () va qator 3d-metallar tuzlarida uncha katta bo’lmagan spontan magnitlanishning mavjud bo’lishi ko’pdan beri ma’lum edi va ko’pgina tadqiqotchilar tomonidan namunalarda ferromagnit (aralashma, begonalar) primeslarning mavjudligiga oid deb yozilar edi, bundan “parazitli ferromegnetizm” termini paydo bo’ldi, ushbu termin hozirgi paytda ham ba’zi xorijiy adabiyotlarda uchrab turadi. Yanada toza kristallarni tayyorlash davomida aniq bo’ldiki, spontan magnitlanishning mavjud bo’lishi kristallarning o’zini xossasi ekan va A.S.Borovik-Romanov tomonidan uning sababi magnitli panjara ostining nokollinearligi degan taxmin aytilgan edi. Ushbu fikrning nazariy asosini I.E.Dzolyashinskiy berdi [3,4,9,10].
Fazoviy guruhiga tegishli va paramagnetik holatda quyidagi simmetriya elementlariga ega bo’lgan romboedrik karbonatlar MnCO3 va CoCO3 misolida, kuchsiz ferromagnetizmning hosil bo’lishini ko’ramiz: 2C3, 3U2, I, 2S6, 3d, R.
|