Variedades de Ordenes Magnéticos. Parte 2

in #stem-espanol3 years ago (edited)

Hola Amigos de Steemit:
Tal como quedé en el post anterior, hoy les hablaré sobre el segundo concepto necesario para poder entender los diferentes comportamientos magnéticos y posteriormente se describirán los 14 tipos de magnetismo planteados en el post anterior.

Acoplamiento entre momentos:

Un estado magnético determinado que surge de los momentos espontáneos en un sólido es el resultado de básicamente dos influencias que compiten. La energía térmica hace que las orientaciones de los momentos magnéticos (spines) se desordenen aleatoriamente y por otro lado, tienden a alinearse por la influencia del ordenamiento que depende del tipo de magnetismo involucrado. Podemos distinguir a) el tipo de magnetismo no cooperativo donde los momentos individuales se comportan de manera independiente y b) un tipo cooperativo, donde las interacciones mutuas entre los momentos son realmente importantes. En un estado magnético no cooperativo, el campo, el campo magnético externo aplicado produce un ordenamiento. En el estado cooperativo el ordenamiento se realiza por el acoplamiento de las fuerzas de intercambio entre los momentos aun en ausencia de campos externos.
El acoplamiento mecánico-cuántico entre momentos en magnetismo puede ser por intercambio directo que opera entre momentos de iones que están lo suficientemente cerca para que su funciones de onda se solapen, por lo que es un acoplamiento fuerte pero de corto rango que disminuye rápidamente cuando los iones se separan. El intercambio indirecto, por otra parte, acopla momentos a, relativamente, grandes distancias. Este actúa a través de un intermediario que en los metales puede ser un electrón itinerante y en un aislante puede ser un ion no magnético. Este tipo de acoplamiento se denomina RKKY en honor a los investigadores Ruderman y Kittel, Kusuya y Yosida quienes lo postularon.
La interacción electrostática efectiva entre dos electrones depende de la orientación relativa de sus momentos magnéticos o spines. Se puede expresar como un acoplamiento dependiente de los spines que puede suponerse isotrópico y que depende de la distancia de los iones interactuantes. El Hamiltoniano de intercambio (cuyo autovalor es la energía) entre los iones i y j separados por una distancia rij tienen spines Si y Sj respectivamente puede escribirse como:

ecuacion11.png

Donde Jij es llamado parámetro de intercambio.
La existencia del acoplamiento RKKY significa que en un sistema metálico desordenado, donde la separación entre iones magnéticos es aleatoria, pueden encontrarse acoplamientos positivos o negativos entre momentos. Esto conduce a posibles conflictos en el sistema a escala microscópica cuando los momentos tratan de responder a esfuerzos antagónicos (figura 1). Esto se llama frustración o también llamado ‘desequilibrio estructural’, ello da como resultado que se muestre metaestabilidad que resulta con efectos de histéresis.
Para contemplar el efecto de la anisotropía que es importante en materiales en los que los momentos tienen una alineación preferida o ‘eje fácil’ hay que adicionarle al Hamiltoniano de intercambio un nuevo término de la forma –DS2 donde D es el esfuerzo axial del campo cristalino y S es el spin local, así el Hamiltonano queda:

ecuacion 1.png

El primer término es usualmente insignificante comparado con el segundo para iones capa d en metales amorfos, pero ocurre lo contrario para los iones capa f.
El acoplamiento spin-orbita es otra fuente de anisotropía. Este acoplamiento actúa sobre los momentos intrínsecos de un electrón debido al campo magnético efectivo de su propia carga orbital.
El superintercambio fue introducido para explicar la interacción entre momentos de iones muy separados pero que se acoplan a una distancia relativamente larga mediante la intervención de un ligando no magnético. Consideremos el caso del acoplamiento entre momentos de pares de cationes en un metal separados por un anión diamagnético. Este trío puede considerarse un arreglo molecular donde el superintercambio se da por la hibridización de los orbitales que se solapan.
frustracion.png
Referencias:

  1. Hurd, C.M., 1982. Contemp. Phys, 23,496.
  2. Chávez, E.,2000. Trabajo de Ascenso a Asociado. Universidad del Zulia.
  3. Rios, V.,1998. Trabajo Especial de Grado. Universidad del Zulia.
  4. Sagredo, V., 2003. Revista Ciencia,11.