Магнетизъм на диелектрици и полупроводници
За разлика от металите, за диелектриците и полупроводниците не е характерно да имат пътуващи електрони. Следователно, магнитни моменти в тези вещества те са локализирани заедно с електрони в йонни състояния. Това е основната разлика. магнетизъм на метали, описан от лентовата теория, от магнетизма на диелектрици и полупроводници.
Според теорията на лентите диелектриците са кристали, съдържащи четен брой електрони… Това означава, че диелектриците могат само да излагат диамагнитни свойства, което обаче не обяснява някои от свойствата на много вещества от този вид.
Всъщност парамагнетизмът на локализираните електрони, както и феро- и антиферомагнетизмът (едно от магнитните състояния на веществото, характеризиращо се с това, че магнитните моменти на съседните частици на веществото са ориентирани един към друг и следователно намагнитването на тялото като цяло е много малко) от диелектрици е резултат от кулоновското взаимно отблъскване на електроните (енергията на кулоновото взаимодействие на електроните Uc в реални атоми е в диапазона от 1 до 10 или повече електрон волта).
Да приемем, че в изолиран атом се е появил допълнителен електрон, което е довело до увеличаване на неговата енергия със стойността e. Това означава, че следващият електрон е на енергийно ниво Uc + e. Вътре в кристала енергийните нива на тези два електрона се разделят на ленти и докато съществува лентовата междина, кристалът е или полупроводник, или диелектрик.
Заедно двете зони обикновено съдържат четен брой електрони, но може да възникне ситуация, при която само долната зона е запълнена и броят на електроните в нея е нечетен.
Такъв диелектрик се нарича Диелектрик на Мот-Хъбард… Ако интегралите на припокриване са малки, тогава диелектрикът ще прояви парамагнетизъм, в противен случай ще има изразен антиферомагнетизъм.
Диелектрици като CrBr3 или EuO проявяват феромагнетизъм, основан на свръхобменно взаимодействие. По -голямата част от феромагнитните диелектрици се състоят от магнитни 3d -йони, разделени от немагнитни йони.
В ситуация, при която разстоянието за директно взаимодействие на 3d-орбитали помежду си е голямо, все пак е възможно обменно взаимодействие-чрез припокриване на вълновите функции на 3d-орбитали на магнитни йони и р-орбитали на немагнитни аниони.
Орбитали от два типа се «смесват», техните електрони стават общи за няколко йона — това е свръхобменното взаимодействие. Дали такъв диелектрик е феромагнетик или антиферомагнетик се определя от вида на d-орбитали, броя на техните електрони, а също и от ъгъла, под който се вижда двойка магнитни йони от мястото, където немагнитният йон е разположен.
Антисиметрично обменно взаимодействие (наречено взаимодействие на Дзялошински-Мория) между две клетки със спинови вектори S1 и S2 има ненулева енергия само ако въпросните клетки не са магнитно еквивалентни.
Взаимодействие от този тип се наблюдава при някои антиферомагнетици под формата на слабо спонтанно намагнитване (под формата на слаб феромагнетизъм), тоест намагнитването е хилядни в сравнение с намагнитване на конвенционални феромагнетици… Примери за такива вещества: хематит, манганов карбонат, кобалтов карбонат.