Chương 1 TỔNG QUAN
1.4. Hiệu ứng biến dạng Jahn – Teller
1.4.1. Trường bát diện, sự tách mức năng lượng và trật tự quỹ đạo trong trường tinh thể bát diện trường tinh thể bát diện
Sự tách mức năng lượng và trường tinh thể bát diện gây ảnh hưởng đến trạng thái các điện tử d của các ion kim loại chuyển tiếp. Các quỹ đạo d của các kim loại chuyển tiếp được tách ra ở những mức năng lượng khác nhau. Lớp vỏ 3d của nguyên tử kim loại chuyển tiếp Mn có số lượng tử quỹ đạo l = 2, số lượng tử từ m = 0; ±1; ±2 tức là có 5 hàm sóng quỹ đạo (5 orbital). Các quỹ đạo này được kí hiệu là dz2 , dx2
– y2 , dxy, dyz, và dxz. Do tính đối xứng của trường tinh thể, các điện tử trên
các quỹ đạo dxy, dyz, dxz chịu một lực đẩy của các ion âm như nhau nên có năng lượng như nhau, còn các điện tử trên các quỹ đạo dz2 và dx2-y2 sẽ chịu cùng một lực đẩy nên cũng có cùng một mức năng lượng (hình 1.6).
Hình 1.10. Sự tách mức năng lượng của ion Mn3+
Như vậy trong trường tinh thể bát diện, các quỹ đạo d của các ion kim loại chuyển tiếp được tách thành hai mức năng lượng. Mức năng lượng thấp hơn gồm các quỹ đạo dxy, dyz và dxz gọi là quỹ đạo suy biến bậc 3 (t2g) và mức năng lượng cao hơn gồm các quỹ đạo dz2 và dx2-y2 gọi là quỹ đạo suy biến bậc 2 (eg). Do sự tách mức như vậy, các điện tử có thể lựa chọn việc chiếm giữ các mức năng lượng khác nhau là t2g hay eg, điều này tạo ra hiệu ứng biến dạng Jahn – Teller.
1.4.2. Hiệu ứng biến dạng Jahn – Teller
Xét trường hợp của ion Mn3+ trong trường tinh thể bát diện có cấu trúc điển tử 3d4 (t2g3eg1). Mức t2g3 là suy biến bậc 3 và chứa 3 điện tử, nên chỉ có một cách sắp xếp duy nhất là mỗi điện tử nằm trên một quỹ đạo khác nhau. Mức eg1 là mức suy biến bậc 2 vì chỉ có 1 điện tử nên sẽ có hai cách sắp xếp khả dĩ là:
dz21dx2-y20 (kiểu 1) và dz20dx2-y21 (kiểu 2).
a) kiếu 1 b) kiểu 2
Hình 1.11. Các kiểu biến dạng
Lý thuyết Jahn - Teller khơng tiên đốn được cường độ của sự biến dạng mà chỉ cho thấy sự thay đổi cấu trúc của vật liệu giữa trước và sau khi xảy ra hiệu ứng Jahn – Teller.