Microsoft Word Chuong11note Slide 1 Ch¬ng XI TÝnh chÊt tõ cña chÊt r¾n Slide 2 Më ®Çu Nguån gèc cña m«men tõ trong chÊt r¾n liªn quan ®Õn 3 yÕu tè sau 1 Sù tån t¹i spin cña c¸c ®iÖn tö Cã thÓ hiÓu mç[.]
Slide Chương XI Tính chất từ chất rắn Slide Mở đầu Nguồn gốc mômen từ chất rắn liên quan đến yếu tố sau: Sự tồn spin điện tử Có thể hiểu điện tử có spin hướng lên xuống, tức có hai giá trị hay - 2 Sự tồn mômen quĩ đạo động lượng điện tử chuyển động quanh hạt nhân Ta viết dạng cổ ®iÓn: L m.[ r v ] Trong ®ã r véctơ bán kính quĩ đạo; m khối lượng điện tử Về giá trị lượng tử vlà véctơ vận tốc điện tử L2 l (l 1) Trong số lượng tử quĩ đạo l = 0, 1, 2, 3, , (n-1), t¬ng øng với trạng thái lượng tử s, p, d, f, Sè lỵng tư chÝnh n = 1, 2, 3, Slide 3 Sự thay đổi mômen quĩ đạo có từ trường tác dụng, gọi mômen cảm ứng Hai yếu tố đầu gây thành phần từ hoá thuận từ, yếu tố thứ gây từ hoá nghịch từ Trong kim loại hợp kim cần ®Ĩ ý ®Õn ®ãng gãp cđa khÝ ®iƯn tư tù Ví dụ: trạng thái nguyên tử hydro trạng thái 1s có mômen quĩ đạo mômen từ nguyên tử liên quan ®Õn spin cđa ®iƯn tư, spin song song víi mômen nghịch từ cảm ứng yếu Còn trạng thái 1s2 nguyên tử heli mômen spin quĩ đạo mômen cảm ứng nguyên tử khí trơ có số điện tử điền đầy, số điện tử chẵn mômen spin quĩ đạo Các mômen khác nguyên tử chưa điền đầy M Véctơ từ hoá M xác định mômen từ đơn vị thể tích Độ từ hoá B đơn vị thể tích định nghĩa: Slide Trong B cường độ cảm ứng từ từ trường vĩ mô Trong hai hệ đo đại lượng không thứ nguyên thường tính theo đơn vị khối lượng mol Cho mol kí hiệu m, cho gam kí hiệu Các chất có < nghịch từ, > thuận từ Việc xếp trật tự mômen từ dẫn tới trạng thái phức tạp sắt từ, ferit từ, phản sắt từ, helical (xoắn ốc) v.v Hiện tượng thuận từ hạt nhân liên quan đến mômen từ hạt nhân Các mômen từ hạt nhân nhỏ điện tử hàng ngàn lần Slide Slide Phương trình nghịch từ Langevin Hiện tượng nghịch từ liên quan đến việc ®iƯn tÝch bªn thĨ tÝch vËt cã xu híng chắn phần tác động từ trường lên thể tích vật Từ định luật Lenz lý thuyết cảm ứng điện từ ta thấy dòng điện cảm øng cã chiỊu cho tõ trêng cđa nã chèng lại thay đổi từ thông qua mạch Trong cuộn dây điện trở siêu dẫn hay điện tử chuyển động theo quĩ đạo quanh hạt nhân nguyên tử tồn dòng Nếu có từ trường tác động dòng phải có phản øng cho tõ trêng cđa nã chèng l¹i sù tác động trường Như từ trường cảm ứng ngược lại trường Trường nghịch từ điện tử dẫn kim loại đóng góp, va đập điện tử dẫn không ảnh hưởng đến tính chất nghịch từ Việc giải thích tượng nghịch từ nguyên tử ion dựa lý thuyết Lamor: chuyển động điện tử quanh hạt nhân tác động từ trường giống trường gần bậc nhất, có thêm phần tiến eB động chung với tần số góc: 2m Phần tiến động Lamor đại diện cho việc từ trường gây chun ®éng t sai cho ®iƯn tư, dêng nh mặt phẳng chứa quĩ đạo lệch cho từ trường dòng điện quĩ đạo chống lại từ trường Phần tiến động Lamor hệ gồm Z điện tử tương đương với dòng điện theo biểu thức: I = (điện tích) x (Số vòng quay đơn vÞ thêi gian) I ( Ze) eB 2.2 m Slide Mômen từ dòng điện vòng tích (Dòng)x(Diện tích vòng dây) Nếu coi quĩ đạo tròn có bán kính diện tích "vòng dây" thu mômen từ: Ze B 4m 2 x y lµ trung bình bình phương khoảng cách tính từ điện tử tới trục qua hạt nhân song song víi tõ trêng Trong kh«ng gian ba chiỊu nguyên tử khoảng cách trung bình điện tử tíi trơc: = + + NÕu điện tử phân bố đối xứng cầu Giả sử số nguyên tử đơn vị thể tích N ta cã: r 2 N NZe r2 B 6m Slide C«ng thøc kết cổ điển Langevin Kết thực nghiệm đo tinh thể khí tr¬ nh sau: Tinh thĨ m (10-6cm3/mol) He - 1,9 Ne - 7,2 Ar - 19,4 Kr - 28,0 Xe - 43,0 Slide ThuËn tõ C¸c chÊt thuËn từ có > 0, véctơ từ hoá vật thuận chiều với từ trường Các đóng góp thuận từ có trong: Các nguyên tử, phân tử sai hỏng mạng có tổng số điện tử không chẵn Điều liên quan đến tổng spin khác Ví dụ nguyên tử tự natri, khí oxyt nitơ NO, gốc hữu tự trifenimetil C(C6H5)3; Các tâm F tinh thể halogen-kiềm Các nguyên tử ion tự với vỏ điện tử bên không điền đầy; kim loại chuyển tiếp; ion đẳng điện tử với nguyên tố chuyển tiếp, nguyên tố đất hä actinit VÝ dơ Mn2+, Gd3+, U4+ RÊt nhiỊu số ion có tính thuận từ hợp chất rắn, không thay đổi Slide 10 Một số hợp chất có số chẵn điện tử kể phân tử oxyt gốc đôi Các kim loại 2.1 Lý thut lỵng tư vỊ thn tõ XÐt trêng hỵp chung: Mômen từ nguyên tử ion không gian tự viết dạng: J g B J M«men động lượng góc toàn phần tổng mômen động lượng quĩ đạo mômen động lỵng spin J L S Tû sè từ (hay từ hồi chuyển) tỷ số mô men từ mômen Hệ số tách vạch quang phổ g hệ điện tử xác định theo: B magneton Bohr g =2,0023 ®èi víi spin g B ®iƯn tư §èi víi nguyªn tư tù cã thĨ tÝnh g theo c«ng thøc Lande': Slide 11 J ( J 1) S(S 1) L( L 1) 2J ( J 1) e C«ng thøc tÝnh Magneton Bohr : B 2m Nó có giá trị gần mômen từ spin điện tử tự Các mức lượng hệ từ trường mô tả: E m jg B B .B g mJ số lượng tử phương vị; Giá trị J lấy J, J-1, , -J Đối với spin tự do, mômen quĩ đạo, mJ = 1/2 g = nên: E B B Sơ đồ tách mức lượng mS z 1/2 - 2B -1/2 Slide 12 NÕu hƯ chØ cã hai møc c©n b»ng, lÊy =kBT cã: N1 exp( B / ) N exp( B / ) exp( B / ) N1, N2 lµ sè hạt mức mức dưới, N = N1 + N2 tổng số nguyên tử Hình chiếu mômen từ hạt trạng thái lên phương từ trường - hạt mức Từ hoá tổng cộng tất N hạt là: N2 exp( B / ) N exp( B / ) exp( B / ) Slide 13 M = (N1-N2) = N ex ex = N.tanhx e x e x x B/kBT §èi víi x