Magnetismus dielektrik a polovodičů
Na rozdíl od kovů dielektrika a polovodiče obvykle nemají putovní elektrony. Proto, magnetické momenty v těchto látkách jsou lokalizovány spolu s elektrony v iontových stavech. To je hlavní rozdíl. magnetismus kovů, popsaný pásovou teorií, magnetismem dielektrik a polovodičů.
Podle teorie pásem jsou dielektrika krystaly obsahující sudé číslo elektrony… To znamená, že dielektrika mohou pouze exponovat diamagnetické vlastnosti, což ovšem nevysvětluje některé vlastnosti mnoha látek tohoto typu.
Ve skutečnosti paramagnetismus lokalizovaných elektronů, stejně jako fero- a antiferomagnetismus (jeden z magnetických stavů látky, vyznačující se tím, že magnetické momenty sousedních částic látky jsou orientovány proti sobě, a proto magnetizace těleso jako celek je velmi malé) dielektrik je výsledkem coulombovského vzájemného odpuzování elektronů (coulombovská interakční energie elektronů Uc v reálných atomech se pohybuje od 1 do 10 i více elektronvoltů).
Předpokládejme, že se v izolovaném atomu objevil další elektron, který způsobil zvýšení jeho energie o hodnotu e. To znamená, že další elektron je v energetické hladině Uc + e. Uvnitř krystalu se energetické hladiny těchto dvou elektronů rozdělují do pásů, a dokud existuje pásmová mezera, krystal je buď polovodič nebo dielektrikum.
Dohromady obě zóny většinou obsahují sudý počet elektronů, ale může nastat situace, kdy je vyplněna pouze spodní zóna a počet elektronů v ní je lichý.
Takové dielektrikum se nazývá Mott-Hubbardovo dielektrikum… Pokud jsou integrály překrytí malé, pak bude dielektrikum vykazovat paramagnetismus, jinak bude výrazný antiferomagnetismus.
Dielektrika jako CrBr3 nebo EuO vykazují feromagnetismus založený na supervýměnné interakci. Většina feromagnetických dielektrik se skládá z magnetických 3d-iontů oddělených nemagnetickými ionty.
V situaci, kdy je vzdálenost pro přímou interakci 3d-orbitalů mezi sebou velká, je stále možná výměnná interakce - překrýváním vlnových funkcí 3d-orbitalů magnetických iontů a p-orbitalů nemagnetických aniontů.
Orbitaly dvou typů se "míchají", jejich elektrony se stávají společnými pro několik iontů - to je supervýměnná interakce. Zda je takové dielektrikum feromagnetické nebo antiferomagnetické, je určeno typem d-orbitalů, počtem jejich elektronů a také úhlem, pod kterým je vidět dvojice magnetických iontů z místa, kde se nachází nemagnetický iont.
Antisymetrická výměnná interakce (nazývaná Dzialoszinski-Moria interakce) mezi dvěma buňkami se spinovými vektory S1 a S2 má nenulovou energii pouze v případě, že příslušné buňky nejsou magneticky ekvivalentní.
Interakce tohoto typu je pozorována u některých antiferomagnetik ve formě slabé spontánní magnetizace (ve formě slabého feromagnetismu), to znamená, že magnetizace je tisícinová oproti s magnetizací konvenčních feromagnetik… Příklady takových látek: hematit, uhličitan manganatý, uhličitan kobaltnatý.