PRINCIPALES COMPORTAMIENTOS MAGNÉTICOS DE MATERIALES SEMICONDUCTORES

Hola amigos de steemit, steemstem y stem-espanol, en esta oportunidad escribo para hacer una breve revisión sobre los principales ordenamientos magnéticos observados en materiales semiconductores.

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DIAMAGNETISMO

El diamagnetismo es un comportamiento que se deriva del cambio en el movimiento del electrón alrededor del núcleo, producido por la aplicación de un campo magnético, donde los electrones se mueven de tal manera que producen un momento dipolar magnético en la dirección opuesta al campo.

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PARAMAGNETISMO

El paramagnetismo es un tipo de comportamiento magnético que está relacionado con las diferencias en el número de pobladores entre estados permitidos para los electrones desapareados en un determinado sistema de partículas. La ley de Curie es la ecuación que define el paramagnetismo y es la siguiente:

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Si bien, la ley de Curie daba cuenta del comportamiento paramagnético, se observó que la mayor parte de los metales no ferromagnéticos presentaban una susceptibilidad magnética independiente de la temperatura. W. Pauli mostró que muchos de electrones de conducción en un metal, no tienen la posibilidad de orientarse cuando un campo magnético es aplicado, y que solo los electrones en un rango de energías KbT, en el tope de la distribución de Fermi, tienen la oportunidad de orientarse cuando un campo es aplicado, y por lo tanto, una fracción T/Tf del número total de electrones, es la que contribuye a la susceptibilidad magnética del material. Usando la estadística de Fermi-Dirac se llega a la expresión:

Por otro lado, el físico holandés J.H. Van Vleck, encontró que existe una contribución paramagnética a la susceptibilidad magnética de un material la cual toma en cuenta el cambio promedio de los momentos dipolares presentes en el sistema, al pasar del estado de mínima energía a cualquier otro estado permitido de energía. La expresión que encontró J.H. Van Vleck es:

FERROMAGNETISMO

Este es un comportamiento en el que existe un ordenamiento de largo rango de los momentos dipolares magnéticos de las partículas y de los espines de éstas. Esto se debe al efecto cooperativo que existe entre las partículas, es decir, la orientación del espín de una partícula se ve influenciado por el de las otras partículas en su entorno, por lo que se diferencia de los casos anteriores, en donde el magnetismo es no cooperativo y en consecuencia se observa un ordenamiento de corto rango, caracterizado por el desorden.

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El ordenamiento ferromagnético se corresponde a la orientación paralela con respecto a un campo magnético lo suficientemente grande por parte de los espines de todas las partículas presentes, a temperaturas cercanas al cero absoluto.

En este tipo de materiales, al disminuir la temperatura, se observa una transición del tipo ferromagnético - paramagnético (F-P), esto sucede a una temperatura específica, conocida como la temperatura de Curie.

La susceptibilidad magnética de los materiales ferromagnéticos a temperaturas mayores a la temperatura de Curie, está dada por la Ley de Curie-Weiss:

La ecuación anterior sólo es válida para

Para encontrar la susceptibilidad magnética para los ferromagnetos por debajo de la temperatura de Curie-Weiss se debe recurrir a la siguiente expresión más general:

FERRIMAGNETISMO

Este es un ordenamiento en donde existe un efecto cooperativo, en el cual se pueden identificar dos subredes de átomos, que presentan espines de diferente magnitud y alineados en direcciones opuestas, una con respecto a la otra subred.

Los materiales ferrimagnéticos presentan una transición al paramagnetismo a una temperatura conocida como la temperatura de Curie ferrimagnética y como sucede con el ferromagnetismo, por debajo de esta temperatura, el comportamiento de los materiales ferrimagnéticos es complejo.

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ANTIFERROMAGNETISMO

Este es un ordenamiento de largo rango, que se corresponde con la orientación anti paralela de los espines en un material.

Los materiales anti ferromagnéticos presentan un cambio de fase anti ferromagnética – paramagnética (AF-P), a una temperatura conocida como la temperatura de Néel (Tn), en honor al físico francés Lois Néel, quien en 1936, postuló la existencia de este ordenamiento magnético.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

• Morrish, A. H. The physical principles of magnetism. John Willey & sons, INC. New York (1965).

• Nobel foundations. Nobel lectures in physics (1971-1980).World Scientific Publishing Co. Singapore (1992).

• Bersohn, M. Baird, J. C. An introduction to electron paramagnetic resonance. W. A. Benjamin, INC. New York (1966).

• Kittel, C. Introduction to solid state physics. John Willey & sons, INC. New York (1964).

• Poole, Charles P. Electron spin resonance: A compresive treatise on experimental techniques. John Wille & sons, INC. Second edition.Ontario (1983).