Xem mẫu
- TRƯỜNG………………………
KHOA……………………
Chuyên đề vật lý lượng tử
" NHỮNG NGUYÊN LÝ VẬT LÝ CỦA TỪ
HỌC "
- Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19
NHỮ NG NGUYÊN LÝ VẬT LÝ CỦA TỪ HỌC
Các quá trình vật lý củ a từ trường ở cấp độ nguyên tử được mô tả bởi sự
chuyển động củ a điện tử quanh qu ỹ đạo và của spin điện tử “tự quay” - sau đó m ở
rộng ra cho nguyên tử và tinh thể kim loại, đ ể giải thích vì sao có tính chất từ và tính
sắt từ của vật liệu.
1. TỔNG QUAN
Co, Ni, Fe là các ch ất sắt từ đ iển hình. Các chất này là các chất vốn có mômen
từ nguyên tử lớn (ví dụ như sắt là 2,2 µB, Gd là 7 µB...) và nh ờ tương tác trao đổ i giữ a
các mômen từ n ày, mà chúng định hư ớng song song với nhau theo từng vùng (gọi là
các đômen từ tính). Mômen từ trong mỗi vùng đó gọi là từ độ tự phát - có nghĩa là các
chất sắt từ có từ tính nội tại ngay khi không có từ trường ngoài. Đây là các nguồn gố c
cơ bản tạo nên các tính chất của ch ất sắt từ.
Tính ch ất từ ở cấp đ ộ nguyên tử có nguồn gốc từ sự chuyển động của điện tử
trên qu ỹ đạo quanh hạt nhân và chuyển động spin . Từ trường m ạnh được sinh ra từ
các nguyên tố sắt từ (Co, Ni, Fe) chủ yếu bắt nguồn từ chuyển động spin. Những vật
liệu sắt từ này là nh ững tinh thể có cấu trúc lập phương (hoặc lụ c giác), lực tĩnh điện
tạo sự sắp xếp các spin điện tử song song (hoặc đối song) của nh ững nguyên tử lân
cận không phải toàn bộ tinh thể mà thành từng vùng, những vùng đó gọi là đômen từ,
và do đó từ trư ờng tự động đạt bảo hòa và định hướng theo mộ t ho ặc mộ t số trong sáu
chiều pháp tuyến của bề mặt khối lập phương.
Tuy nhiên, quá trình hình thành từ tự phát trên không phải là nguyên nhân củ a
tính chất từ bên n goài (nam châm) củ a vật liệu sắt từ, nó còn ph ải thỏa mãn đ iều kiện
năng lượng cực tiểu nữ a. Vì vậy, thay vì hình thành một nam châm lớn, thì ch ất sắt từ
tự từ hóa ở khắp nơi, tạo nên những vùng b ị từ hóa gọ i là đômen từ. Những đômen từ
này đ ạt mức bão hòa, nó đ ịnh hướng theo những chiều khác nhau (sắp xếp hỗn loạn)
vì vậy năng lượng từ triệt tiêu lẫn nhau và từ trường trong mạng tinh thể có th ể coi
còn rất nhỏ , xem như bằng không. Những đômen từ này phân biệt nhau bởi những
vách mỏng (Bloch Walls) trong những đômen khác nhau th ì chiều của từ trường khác
nhau . Những vách mỏng này đ ược hình thành khi năng lượng của từ trường không đủ
để tách mộ t đômen thành hai đômen , lúc đó tính chất từ sẽ đạt trạng thái cân bằng .
Khi vật liệu sắt đặt trong từ trường ngoài, quá trình quen thuộ c bao gồm sự
dịch chuyển của các vách đômen, sự thay đổ i kích thước các đômen, vì thế các đômen
này tự từ hóa và hướng theo chiều của từ trường ngoài và tăng lên theo từ trường
ngoài, dần d ần giảm số vách mỏng cuối cùng là đ ạt bão hòa, vì vậy mà vật liệu từ trở
thành giống như mộ t khối cầu lớn bị từ hóa hoàn toàn. Còn một số ít vách đômen m ất
đi và tạo thành các đômen qua lại nhưng ph ần lớn thì không. Khi ngắt từ trường ngoài
hay khử từ theo chiều ngược lại, do sự liên kết giữa các mômen từ và các đômen từ,
1
Tranvanthao1985@yahoo.com
- Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19
các mômen từ không lập tức bị quay trở lại trạng thái hỗn độn như ban đ ầu giống các
chất thu ận từ m à còn giữ được từ độ ở giá trị khác không.
2. TỪ TRƯỜ NG NGUYÊN TỬ
Giả thiết củ a Ampe cho rằng các dòng điện di chuyển trong vật liệu từ có
nguồn gố c và liên quan tới tính ch ất từ của vật liệu.
2.1. Những nguyên tử loạ i Hidro
Theo lý thuyết Bohr, điện tử chuyển động quanh h ạt nhân với vận tố c cho b ởi
mv 2 Ze2
, với F là lực l y tâm. Lực ly tâm cân bằng với lực hút tĩnh điện , các
F
4 0 r 2
r
h
electron qu ỹ đạo có moment động lượng là bội của , với h là hằng số Plank. Số Z
2
bằng tổng số đ iện tử trong nguyên tử. Đối với nguyên tử hidro Z=1 như hình bên
dưới
Xung lượng qu ỹ đạo
h
) n.... (1)
p1 mvr n (
2
Vận tốc qu ỹ đ ạo
Ze2 Zc
vn
2 0 nh n 1371
Và tần số tương ứng
Z 2 e4 m Z2
v
3 ( 3 2 ) 3 6.576.1015 HZ
fn
2 r n 4 h 0 n
2.1.1. Moment từ quỹ đạo
Điện tử chuyển động trên qu ỹ đ ạo giống như một dòng điện tròn, với moment
từ ( l i. Area) . Cường độ dòng qu ỹ đạo
2
Tranvanthao1985@yahoo.com
- Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19
Z 2 e5 m Z2
( 3 2 ) 3 1, 05.10 3 Amps
in ef
n3 4h 0 n
Nó đóng vai trò giống như một nam châm với moment từ
0 e enh
p1 0 (2)
1 0iA n s .....
2m 2m
Trong đó Magnetron Bohr được cho bởi
eh J
9274.10 24 orAmp.m2
B
4 m T
Moment từ (µl) phụ thuộc vào diện tích của vùng qu ỹ đạo tạo nên và không
phụ thuộc vào hình dạng của nó. Điện tử trong qu ỹ đảo đầu tiên (n=1), có moment từ
bằng 1 magnetron Bohr ( B ) do sự chuyển động của nó quanh hạt nhân
Từ (1) và (2) ta thấy rằng tỉ số moment từ qu ỹ đạo và động lượng qu ỹ đạo
không phụ thuộ c vào n, và được cho bởi:
orb 1 0e
(3)
.....
Porb P 2m
1
2.2. Sự mở rộng lý thuyết Bohr của Sommerfeld
Những qu ỹ đ ạo elip được đưa vào trong mỗi lớp của nguyên tử. n là số lượng
tử qu ỹ đạo , nó khác nhau với những lớp khác nhau. Tất cả elip ở mứ c thứ n có tổng
năng lượng giống như ở mô hình củ a Bohr, nhưng mỗi qu ỹ đ ạo elip có moment góc
khác nhau.
2.3. Tuế sai Larmor
Khi nguyên tử với điện tử chuyển động quanh h ạt nhân, đ ặt trong từ trường H,
bán kính qu ỹ đạo không thay đổ i nhưng vận tốc của điện tử thay đổ i như chỉ ra bên
dưới
3
Tranvanthao1985@yahoo.com
- Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19
Với các điều kiện nêu trên, qu ỹ đạo của điện tử chịu tác dụng của mộ t lực FH
do sự chuyển động của điện tử trong từ trường H
FH ev.B ev.o H evn o H
mv 2
Bây giờ lực ly tâm kéo điện tử ra ngoài ( ), do sự chuyển động củ a điện tử
r
xung quanh hạt nhân, lực này phải cân bằng với lực tĩnh điện hút điện tử vào trong h ạt
Ze2
) cộng với lực từ FH củ a từ trường ngoài H, vì th ế
nhân (
4 0 r 2
mv 2 Ze 2
FH
4 0 r 2
r
Trong đó v vn v
Vì vậ y vận tốc của điện tử tăng thêm một lượng v để bù cho phần lực của từ
trường ngoài
r e
) FH r ( ) 0 H vL rL
v (
2vn m 2m
e 0
)H 1 H
Tần số Larmor L (
2m P1
Nếu điện tử chuyển động theo chiều ngư ợc lại, thì moment từ qu ỹ đạo của nó
( 1 ) sẽ nằm trên phương của từ trư ờng H, và vận tốc của nó giảm. Vì v ậy khi điện tử
trong từ trường H, thì vận tốc của nó thay đ ổi nh ằm tạo ra từ trường chống lại từ
trường ngoài.
Trong thảo lu ận ở ph ần trên thì mặt ph ẳng quỹ đ ạo của điện tử được giả thiết
vuông góc với từ trường H. Do không gian b ị lượng tử h óa, tuy nhiên điều kiện này
không phù hợp với thực tế, và qu ỹ đạo của điện tử phải tạo một góc với từ trường
ngoài H, chính qu ỹ đ ạo của điện tử tiến động (trụ c của qu ỹ đ ạo xoay quanh mộ t điểm)
trong từ trường H ở tần số Larmor L 1 H .
P1
4
Tranvanthao1985@yahoo.com
- Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19
2.4. Spin điện tử
Khái niệm spin điện tử giải thích việc một phần nhỏ năng lượng của những
điện tử trong cùng qu ỹ đạo (cùng n) có thể mất, và giả thiết cổ điển cho rằng điện tử
có spin quay theo một trong hai chiều ngư ợc nhau xung quanh trục của chính nó với
1
số lư ợng tử spin
2
Kết h ợp với tính chất spin này thì xung lượng góc (Ps), và moment từ ( s ) có
thể tính được như sau. e là điện tích nguyên tố , khi đó Ps và s :
e
0 eh
0 B ..... (4)
s
4 m 2m
h
(5)
Ps
4 2
s e
2 1 (6)
Ps m P1
3. LÝ THUYẾT LƯỢ NG TỬ
Lý thuyết của Bohr và sự mở rộng bao gồm qu ỹ đạo elip và spin, tất cả được
thay thế bằng cơ học lượng tử , ở đó mỗi điện tử trong nguyên tử được đ ặc trưng bởi 4
số lư ợng tử n ,l,m và s.
3.1. Số lượng tử cơ bản (n)
n nhận những giá trị (1,2,3,...) có quan h ệ với kích thước và năng lượng củ a
điện tử qu ỹ đạo. Năng lư ợng khác nhau giữa các lớp khác nhau, năng lượng sẽ giảm
khi n tăng, do điện tử ở lớp thấp hơn so với hạt nhân.
3.2. Số lượng tử quỹ đạo (l)
Những giá trị l từ 0 tới (n-1) có quan hệ với hình dạng và xung lượng góc củ a
nh ững qu ỹ đ ạo.
Xung lượng góc của điện tử là
P l * l (l 1)
1
Trong đó l=0,1,2,3,...,(n -1)
Với tương ứng moment từ qu ỹ đ ạo
l l * B l (l 1) B
5
Tranvanthao1985@yahoo.com
- Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19
Trong đó l * l (l 1)
Giá trị l ở 0,1,2,3 thường thường được nhận ra dưới dạng phân lớp tương ứng
kí hiệu là s, p, d, f theo thứ tự. Năng lượng củ a những phân lớp là hằng số.
Phân lớp s động lượng góc bằng 0 (l=0) tương ứng với những qu ỹ đạo hình cầu
đố i xứng. Năng lượng của những qu ỹ đ ạo tăng với l tăng.
e
Moment từ qu ỹ đạo của điện tử là l Pl như trong công thức (3).
2m
3.3. Lượng tử hóa xung lượng góc
Xung lượng góc được cho bởi
P l (l 1).
Vector xung lượng góc này có th ể được coi như tiến động theo hướng quan sát
z của vector. Các hình chiếu còn lại là hằng số , trong khi thành phần dọc theo trục x
và y thì tính theo trung bình thời gian là tiến tới 0 như h ình bên dư ới
Thành ph ần củ a P theo trụ c z là Pz l , đối với các đố i tượng vĩ mô thì giá trị l
rất lớn Pz P và sự lượng tử hóa là vô nghĩa.
6
Tranvanthao1985@yahoo.com
- Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19
Tuy nhiên đối với điện tử trong nguyên tử giá trị lớn nh ất của l =(n-1), vì th ế
xét ví dụ qu ỹ Bohr đạo b ậc hai của Hidrogen
Pz (n 1)
Và P l (l 1). 2
3.4. Lượng tử hóa không gian của xung lượng góc
Xung lượng góc của một đố i tượng theo b ất kỳ chiều nào có hình d ạng (dọ c
theo trục z), là Pz k
Trong đó k 0, 1, 2, 3,..., l
Hình chiếu củ a P trên trục z bị lượng tử hóa.
3.5. Số lượng tử spin (s)
Spin là đặt tính cố hữu tồn tại củ a mọi điện tử và sinh ra xung lượng góc spin
1 3
Ps s * , trong đó s , s* s ( s 1)
2 2
3
Vì vậ y Ps và nó di chuyển xung quanh trục z với giá trị , như biểu diễn bên
2 2
dưới
7
Tranvanthao1985@yahoo.com
- Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19
Xung lượng góc spin (ps) sinh ra moment từ tương ứng ( s ), và tỉ số moment
từ spin trên xung lượng góc spin bằng hai lần so với trong trường hợp của qu ỹ đạo
điện tử (qu ỹ đ ạo cũng có tỉ số này nhưng không có số 2 ở trước).
s e
2( 0 ) s , vì thế s 2 s * B 3 B
Ps 2m
Và h ình chiếu của nó trên trục z là s B .
z
3.6. Những số lượng tử từ ml và m s
Những số lượng tử ml và ms được liên hệ với những đại lượng lượng tử l và
s dọc theo chiều củ a từ trường ngoài, mà từ trư ờng này đ ủ m ạnh đ ể phá vỡ cặp ls.
1
và tổng m m1 ms , P m, m B
m1 0, 1, 2,..., l và ms
2
3.7. Xung lượng góc tổng cộng của điện tử
Trong cặp ls, xung lượng qu ỹ đ ạo và xung lượng góc spin của điện tử được
tổng h ợp có dạng tổng như sau
1
Pj j * j ( j 1) , trong đó j l s l
2
Tổng h ợp moment từ j j * g B
Trong đó g thừa số Lande
1 (( j*)2 ( s*)2 (l*)2 )
g
2( j*)2
Khi l=0 thì g=2. Trường hợp chuyển động qu ỹ đạo xét không có spin thì g =1.
4. MOMENT TỪ NGUYÊN TỬ
Trạng thái điện tử trong nguyên tử được tạo thành nhóm vào trong những qu ỹ
đạo, đặc trưng bởi những giá trị n và l. Đối với giá trị l cho trước thì có 2l+1 trạng thái
kh ả d ĩ, mỗ i trạng thái ứng với một số lư ợng tử từ khác nhau ml. Mỗi trọng thái trên
(ml) thì có hai giá trị khả dĩ của ms, và có thể được lấp đ ầy bởi hai điện tử có spin đối
nhau.
4.1. Những mức năng lượng
Mức năng lượng của những lớp thì tăng theo n . Tuy nhiên, mộ t vài mức trong
phân lớp 3d có năng lượng cao hơn năng lượng ở những mức trong phân lớp 4 s, bởi vì
sự khác biệt năng lượng giữ a những lớp liên tiếp nhỏ hơn và càng nhỏ khi n càng
8
Tranvanthao1985@yahoo.com
- Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19
tăng, trong khi đó giữ a những phân lớp mố i quan hệ đó là hằng số. Vì vậ y phân lớp 4s
sẽ đư ợc lấp đầy trư ớc khi phân lớp 3d đ ược lấp đ ầy. Một phân lớp thường thường
được lấp đ ầy với những điện tử có spin hướng lên ( ) trước những điện tử có spin
hướng xuống ( )vì nó có n ăng lượng th ấp hơn (quy tắt Hund), mặt dù vậy cũng có
nh ững trường h ợp ngo ại lệ.
Những m ức năng lượng của những phân lớp được sắp xếp theo thứ tự bên dư ới
1s 2 s 2 p 3s 3 p 4s 3d 4 p 5s 4d ...
Nó có th ể cho thấy rằng 4s 3d và rằng 4d có năng lượng lớn hơn 5 s.
4.2. Tổng xung lượng góc của những nguyên tử tự do
Xung lượng góc và moment từ củ a tất cả những lớp đố i xứng cầu (ví dụ những
lớp đã đầy) tổng hợp củ a chúng bằng không vì thế chúng ta chỉ quan tâm tới những
lớp mà chưa được điện tử lấp đầy.
Một phương pháp được biết là cặp Russel-Saunders hoặc cặp LS đư ợc sử dụng
để xác định sự tổng hợp xung lượng góc và moment từ củ a những điện tử ở lớp ngoài
cùng trong nguyên tử.
S,L, và J là những số lượng tử của nguyên tử giống hệt như số lượng tử của điện tử s,l,
và j.
S mS , L ml , J L S
Moment từ spin của nguyên tử
S 2S * B , trong đó S * S ( S 1)
Moment từ qu ỹ đạo của nguyên tử
L L * B , trong đó L* L( L 1)
Moment từ tổng cộng của nguyên tử
J J * g B , trong đó J * J ( J 1)
Những moment từ S và L tiến độ ng (thay đổ i độ n ghiên của trục quay) về trục củ a
J* vớigiá trị tổng hợp J .
4.3. Moment từ nguyên tử của những nguyên tử tự do
(a) Hidrogen (1 điện tử)
L=ml=0
9
Tranvanthao1985@yahoo.com
- Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19
n=1 ( ) điện tử với spin hướng lên
1 1 3
S , L 0, J , J * S *
2 2 2
g3
L 0, S 3 B , J 3 B
2B
Nguyên tử này chỉ có một điện tử, khoảng cách chắc chắn nhất mà điện tử có
thể được tìm th ấy là trên m ặt cầu có bán kính 0,00529nm. Trong trường hợp này qu ỹ
đạo đối xứng cầu sinh ra moment qu ỹ đạo bằng zero.
(b) Oxygen (8 đ iện tử)
Sau khi lấp đ ầy những phân lớp năng lượng thấp 1s và 2s với những cặp có
spin đối song nhau, phân lớp 2p được lấp đầy những mứ c năng lượng thấp xong rồi
tới những mức năng lương cao hơn với spin hướng lên được ưu tiên theo quy tắt
Hund . Vì vậ y hai điện tử ngoài cùng của nguyên tử oxi giống như biểu diễn ở trên với
spin hướng lên moment từ của cặp điện tử trong lớp đầy triệt tiêu lẫn nhau, vì thế chỉ
còn lại hai điện tử n goài cùng, do đó n guyên tử oxigen có moment từ là 8 B , và
moment từ qu ỹ đ ạo là 2B .
(c) Sắ t (26 điện tử)
10
Tranvanthao1985@yahoo.com
- Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19
Khi mức năng lượng của phân lớp 4s thấp hơn một vài mức ở 3d, phân lớp 4s
được lấp đầy trước với những cặp điện tử đối song trước khi lấp vào mức năng lượng
cao nhất trong 3d . Vì vậy phân lớp 3d không được lấp đầy do đó tổng moment từ là
12 B có ngu ồn góc từ spin.
Trong d ạng kim lo ại moment từ spin trung bình của sắt là 2, 2 B .
(d) Đồng (29 điện tử)
Lớp 3d trong nguyên tử đồng được lấp đầy và vì thế nó không góp phần vào
moment từ . Tuy nhiên có một sự đóng góp củ a điện tử trong phân lớp 4s do không
kết cặp điện trong phân lớp 4s. Đây là trường h ợp ngoại lệ.
Tuy nhiên trong d ạng kim lo ại của nó moment từ của đồng là 0.
4.4. Sự sắp xếp moment từ trong nam châm với từ trường ngoài
11
Tranvanthao1985@yahoo.com
- Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19
Vector J* xác định sự tổng hợp xung lượng góc và moment từ củ a điện tử tự
do. Trong sự tiến động của từ trường H vector J* tiến động theo chiều của H như vậ y
giá trị của J* theo chiều của trường là M 0, 1, 2, 3,..., J . Không gian bị lượng tử
hóa vì vậy giới hạn của J* nh ận mộ t trong những giá trị 2J+1 những vị trí góc khả d ĩ.
Trong trường hợp nguyên tử tự do của nguyên tố sắt với J=4, J * 20 , và có
9 sự định hướng kh ả dĩ của J* cho như bên dưới.
Vector J* th ật sự tiến động xung quanh H và không thể thẳng hàng th ật sự với
H. Thành ph ần xung lượng góc theo chiều của từ trường H M , và moment từ tương
ứng là gM B .
5. TÍNH CHẤT TỪ TRONG PHÂN TỬ
Khi hai hay nh iều nguyên tử liên kết với nhau thì tạo thành phân tử, các điện tử
ở n hững lớp bên trong vẫn còn liên kết với hạt nhân của chúng nhưng những điện tử
bên ngoài thuộ c về phân tử nói chung. Mức năng lượng của những đ iện tử ở qu ỹ đạo
bên ngoài có th ể bị thay đổ i chút ít (những quỹ đạo lai) đ ể thu được năng lư ợng thấp
nh ất.
Ví dụ, mỗi nguyên tử tự do trong phân tử Hidro có moment từ là 3 B có
nguồn góc spin. Tuy nhiên tương tác tĩnh điện giữ a hai nguyên tử tạo nên trạng thái
năng lượng th ấp nhất trong phân tử Hidrogen được lấp đầy với nh ững điện tử có spin
đố i song nhau và khi đó moment từ phân tử Hidro bằng 0.
12
Tranvanthao1985@yahoo.com
- Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19
Phân tử Hidro vì vậy có tính ch ất ngh ịch từ và sẽ bị đ ẩy lùi bởi từ trường do sự
tiến động Larmor.
Một nguyên tử oxi tự do có moment từ 3, 67 B , do hai điện tử có spin hướng
lên trong phân lớp 2p. Trong phân tử o xi trạng thái năng lượng th ấp nhất của qu ỹ đạo
lai 2p bị chiếm đóng như vậy hai điện tử với năng lượng cao nhất chiếm riêng những
qu ỹ đ ạo với spin hướn g lên.
Vì vậ y phân tử oxi có moment từ do hai điện tử spin hướng lên này tạo ra. Tuy
nhiên moment từ của phân tử được định hư ớng ngẫu nhiên vì th ế xét một số lượng lớn
thì tính chất từ bằng 0. Các đômen từ riêng có kh ả năng liên kiết với trường ngoài.
Ph ân tử oxi vì vậy có tương tác hút yếu với nam châm ở nhiệt độ th ấp và vì th ế gọi là
chất thu ận từ.
6. TÍNH CHẤT TỪ TRONG KIM LOẠI (TINH TH Ể)
Trong tinh thể tương tác của những nguyên tử với nhau tạo nên những mứ c
năng lượng khác với mức năng lượng của từng n guyên tử riêng lẻ, với những trạng
thái trong các nguyên tử bị thay đổ i, do đó những điện tử ở lớp ngoài cùng của các
nguyên tử trong tinh th ể gần như trở thành những điện tử tự do, ta gọi những trạng
thái đó gần như liên tục. Những điện tử bên trong của nguyên tử vẫn còn liên kết với
hạt nhân của chúng, nhưng những điện tử bên ngoài thuộc về tinh th ể như mộ t toàn
thể. Một khối tinh thể có th ể coi là một phân tử lớn.
Trong kim lo ại các điện tử tự do tham gia vào dẫn điện, có thể được xét thành
nhóm những điện tử hóa trị dịch chuyển, còn các ion dương thì n ằm tại nút mạng.
6.1. Sắt từ
Trong nhóm sắt từ moment từ có nguồn góc từ những điện tử không lấp đầ y
trong phân lớp 3d và có đ iện trường mạnh giữa các điện tử lân cận. Tương tác củ a
nh ững trường tinh th ể dựa vào qu ỹ đ ạo chuyển động của các điện tử 3d thì lớn hơn so
với từ trường ngoài. Do đó, vô số moment từ qu ỹ đ ạo có chiều khác nhau thì triệt tiêu
lẫn nhau, không th ể liên kết với trường điện từ và được gọi là “nguội”.
Tỉ số củ a tổng moment từ chia cho xung lượn g góc cho b ởi
13
Tranvanthao1985@yahoo.com
- Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19
g 1
P P1
Khi g nh ận giá trị là 2 sẽ ám ch ỉ rằng sự liên kết của những spin điện tử là
nguyên nhân của tính chất từ. Trong khi giá trị là 1 thì ám ch ỉ rằng nó có nguồn góc từ
sự thay đổ do sự định hướng của những chuyển động qu ỹ đạo.
Các thí nghiệm liên quan đến sự thay đ ổi tính ch ất từ hồi chuyển, tính chất từ
và những kết quả khác thu được đ ều có liên quan đến sự thay đổ i củ a xung lượng góc.
Giá trị g trong thực nghiệm là:
Iron 1,94; Cobalt 1,87; Nickel 1,92
Tất cả n hững giá trị này gần bằng 2 và chỉ ra rằng tính ch ất sắt từ chủ yếu là do
sự chuyển động spin điện tử, m ặt dù khi g nhỏ hơn 2 ám ch ỉ rằng có một sự đóng góp
nhỏ của sự chuyển động qu ỹ đạo.
Do các cặp điện tử của các nguyên tử lân cận tham gia vào tính sắt từ tinh th ể
moment từ spin của các nguyên tử lân cận tạo ra một đômen từ nhỏ trong tinh th ể và
được từ hóa đến bão hòa.
Mặt dù những điểm đômen từ hóa có chiều khác nhau và có xu hướng triệt tiêu
lẫn nhau nhưng chúng rất dể d àng được kết hợp lại bởi mộ t từ trường.
6.2. Sự nghịch từ của Đồng
Trong kim lo ại Đồng điện tử đơn hướng lên trong phân lớp 4s trở thành điện tử
dẫn. Có rất nhiều điện tử dẫn như th ế vì có rất nhiều nguyên tử, và nó có th ể góp phần
cho tính chất từ, tất cả chúng có moment từ là B có nguồn góc từ spin. Tuy nhiên
trong kim lo ại Đồng tương tác giữa các nguyên tử lân cận là nguyên nhân gây ra trạng
thái 4 s (ví dụ trên) có năng lượng th ấp hơn để được lấp đầy bởi những điện tử có spin
đố i song. Vì vậy không có sự tổng hợp moment từ và Đồng chính là ch ất nghịch từ.
7. KẾT LUẬN
Các nguyên lý cơ bản của từ trư ờng đã được kiểm tra trong bài viết này. Nó sẽ
cung cấp cho người đọc mộ t sự hiểu biết về khái niệm của các quá trình từ và phụ c vụ
như giới thiệu tổng quan về lĩnh vực sắt từ
14
Tranvanthao1985@yahoo.com
nguon tai.lieu . vn
