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MAGNETISMO DE ESTADO SÓLIDO (Espontáneamente Spin Split States (La…
MAGNETISMO DE ESTADO SÓLIDO
Magnetismo de metales de transición 3d y aleaciones
Metales que exhiben una división de intercambio que es menor que la energía. Las diferencias entre la energía de Fermi y la parte superior de la banda d se denominan ferromagnetos débiles, los cuales tienen agujeros tanto en la banda de giro mayoritaria como minoritaria. Estos metales se encuentran en el lado izquierdo del máximo en la curva de Slater-Pauling. Los metales que tienen una división de intercambio mayor que esta diferencia se denominan ferromagnetos fuertes, solo tienen agujeros en la banda minoritaria y están ubicados en el lado derecho del pico en la curva de Slater-Pauling.
Usando un modelo de banda simple que se conoce como el modelo de banda rígida, podemos entender las diferencias más importantes entre el comportamiento magnético del Fe metálico y el Ni metálico. Supone que las bandas s y d tienen una forma rígida con un número atómico variable. Esto permite modelar el comportamiento magnético de diferentes aleaciones al mover solo la energía Fermi hacia arriba o hacia abajo a través de la mayoría y la banda minoritaria de acuerdo con la cantidad de electrones presentes.
Los problemas de la teoriá de banda rígida tiene muchos problemas, como:
-La suposición de que la estructura de la banda y la forma de la curva que describe la densidad de los estados cambian con la composición de la aleación en realidad.
-Proporciona el valor promedio del momento magnético de una aleación. No permite determinar el momento magnético de cada constituyente individualmente.
La variación de los momentos magnéticos para diferentes composiciones en metales 3d y aleaciones es bastante regular. Esta representación se denomina curva de Slater-Pauling.
Modelo de electrones libres
La descripción de los estados electrónicos se realiza mediante ondas planas. Cada estado puede ocuparse con 2 electrones debido al principio de exclusión de Pauli. En el estado fundamental, todos los estados que muestran un vector de onda k dentro de la esfera de Fermi |k| ≤ kF están ocupados mientras que todos los estados que están afuera están desocupados. La distancia en el espacio k entre diferentes estados viene dada por 2π / L.
La masa efectiva de electrones puede ser mayor que la masa de un electrón libre.
A temperatura ambiente (T ≈ 300 K), la mayoría de los metales muestran una desviación de aproximadamente 0.01% entre la energía de Fermi y el potencial químico,por lo cual son casi idénticos.
Para semiconductores o aislantes, el potencial químico se ubica en brechas de banda o brechas de la densidad de estados, respectivamente. Por lo tanto, no hay electrones presentes en la superficie de Fermi mientras que los metales exhiben electrones en la superficie de Fermi.
Las suposiciones que se hacen son que los electrones de volumen de los átomos constituyentes se convierten en electrones de conducción y que estos electrones se mueven libremente a través del volumen del metal. El potencial periódico de la red cristalina no se tiene en cuenta.
Espontáneamente Spin Split States
La naturaleza trata de minimizar la energía. Por lo tanto, tenemos que ver si es posible disminuir la energía de un sistema si se vuelve ferromagnético sin aplicar un campo magnético externo.
Esta situación se puede realizar mediante un cambio de electrones en la superficie de Fermi desde la rotación hacia abajo en bandas de giro hacia arriba.
Teoría del campo molecular: todos los giros están influenciados por un campo medio idéntico que es causado por todos los otros electrones. Por un lado, el campo molecular magnetiza el gas de electrones debido al paramagnetismo de Pauli. Por otro lado, la magnetización resultante es responsable del campo molecular.
Teniendo en cuenta los resultados de la división del intercambio en un DOS resuelto por giro que se comporta de manera diferente para los electrones mayoritarios y los electrones minoritarios. Debido al cambio en la dirección diferente, dos propiedades se vuelven importantes. Primero, el número de electrones mayoritarios y minoritarios directamente en la energía de Fermi ya no es idéntico. Segundo, hay más electrones mayoritarios por debajo de la energia de Fermi que electrones minoritarios.
El momento magnético por átomo de hierro en el estado sólido asciende a 2.2μB. El valor no integral demuestra que una descripción con momentos magnéticos localizados falla. Esta situación puede ser descrita por ferromagnetismo de banda o itinerante que se caracteriza por una magnetización debido a una división espontánea de las bandas de valencia.
La estructura de la banda resuelta por giro muestra directamente la división de intercambio de bandas con carácter mayoritario y carácter minoritario
Pauli Paramagnetismo
Si no se tiene en cuenta el momento orbital en T = 0K, se obtiene g = 2 y se observa un comportamiento similar al de la función de Fermi. El campo magnético externo induce una división de ambas subbandas.
Suponiendo que solo hay una energía bastante pequeña, esto resulta en una pequeña división de ambas bandas.
La aplicación de un campo magnético externo da como resultado un aumento o disminución de la energía del electrón que depende del espín correspondiente. Esto conduce a la susceptibilidad paramagnética del gas de electrones ("paramagnetismo de Pauli").
Una ocupación duplicada de cada estado en el espacio k debido a dos posibles estados de espín se produce en los metales, es decir, cada electrón es "spin up" o "spin down".
Los metales exhiben electrones de conducción que están deslocalizados, llamados electrones itinerantes, que se pueden mover casi libremente dentro del metal.