Estoy buscando una respuesta que sea un poco más profunda que "porque el cobre tiene una capa 3d completa, por lo tanto, no hay electrones desapareados".
El hierro tiene un momento magnético de 2,2 magnetones bohr por átomo. Puede explicar esto comenzando con la cantidad de electrones de valencia en un átomo de hierro aislado (8) y luego usando las mediciones de voltaje de Hall que muestran que hay aproximadamente 1 electrón (creo que la medición exacta es 0.95) por átomo en la banda de conducción, dejando 7 electrones en la banda 3d. De esos 7 electrones, 4,6 electrones por átomo tienen un espín común (digamos hacia arriba) y 2,4 tienen un espín opuesto (hacia abajo) debido a la interacción de intercambio, lo que da 4,6 - 2,4 = 2,2.
Puedo hacer lo mismo con Co y Ni, usando 0,6 electrones de conducción por átomo para ambos y permitiendo que 5 electrones giren, ya que la ganancia de energía de interacción de intercambio no se puede compensar promoviendo electrones a niveles de energía más altos. Eso da 1,6 bm por átomo de Co y 0,6 bm por átomo de Ni.
Ahora, me gustaría aplicar un razonamiento similar para explicar por qué el cobre no es ferromagnético. El cobre tiene 11 electrones de valencia, pero el voltaje Hall da alrededor de 1,3 electrones de conducción por átomo, dejando 9,7 electrones en la banda 3d. ¿Por qué el cobre no termina con 5 electrones con espín hacia arriba y 4,7 con espín hacia abajo, lo que le da 0,3 bohr de magnetón por átomo?
Su punto de partida aquí parece ser algo así como el modelo Stoner de ferromagnetismo de banda. El criterio de Stoner implica la dispersión de la banda, que es mucho mayor para la banda Cu 4sp que para las bandas 3d de metales de transición .
Pero esa no es la forma en que pienso sobre el magnetismo en estos materiales. Mi formación está tomando momentos iónicos locales como punto de partida. El modelo de banda es muy inadecuado para describir las correlaciones de electrones en bandas tan estrechas. Eso se puede hacer incluyendo la Hubbard U en los cálculos del modelo o también en el cálculo de la estructura de la banda (por ejemplo, LDA+U).
El ferromagnetismo no se trata solo del momento magnético de los átomos que constituyen el sólido/material. Si ese fuera el caso, entonces no solo el cobre sería ferromagnético, sino que muchos otros átomos también lo serían.
Debe haber una interacción de intercambio que permita que los giros de los átomos cercanos se alineen en la misma dirección, formando lo que se conoce como dominios magnéticos. Solo cuando se combina un momento magnético neto distinto de cero de los átomos con una interacción de intercambio favorable se obtiene el ferromagnetismo. Esto último es lo que le falta al cobre.
usuario93237
KF Gauss
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