Magnetisme de dielèctrics i semiconductors
A diferència dels metalls, els dielèctrics i els semiconductors no solen tenir electrons itinerants. Per tant, moments magnètics en aquestes substàncies estan localitzades juntament amb electrons en estats iònics. Aquesta és la principal diferència. magnetisme dels metalls, descrit per la teoria de bandes, pel magnetisme dels dielèctrics i dels semiconductors.
Segons la teoria de bandes, els dielèctrics són cristalls que contenen un nombre parell electrons… Això vol dir que els dielèctrics només poden exposar propietats diamagnètiques, que, però, no explica algunes de les propietats de moltes substàncies d'aquest tipus.
De fet, el paramagnetisme dels electrons localitzats, així com el ferro i l'antiferromagnetisme (un dels estats magnètics d'una substància, caracteritzat pel fet que els moments magnètics de les partícules veïnes de la substància estan orientats entre si, i per tant la magnetització de el cos en conjunt és molt petit) dels dielèctrics és el resultat de la repulsió mútua coulombiana dels electrons (l'energia d'interacció coulombiana dels electrons Uc en àtoms reals oscil·la entre 1 i 10 electronvolts o més).
Suposem que un electró addicional va aparèixer en un àtom aïllat, la qual cosa va fer que la seva energia augmentés en el valor e. Això vol dir que el següent electró es troba al nivell d'energia Uc + e. A l'interior del cristall, els nivells d'energia d'aquests dos electrons es divideixen en bandes i, mentre existeixi la bretxa de banda, el cristall és un semiconductor o un dielèctric.
En conjunt, les dues zones solen contenir un nombre parell d'electrons, però pot sorgir una situació en què només s'omple la zona inferior i el nombre d'electrons en ella sigui senar.
Aquest dielèctric s'anomena Dielèctric de Mott-Hubbard… Si les integrals de solapament són petites, aleshores el dielèctric mostrarà paramagnetisme, en cas contrari hi haurà un pronunciat antiferromagnetisme.
Els dielèctrics com CrBr3 o EuO presenten ferromagnetisme basat en la interacció de superintercanvi. La majoria dels dielèctrics ferromagnètics consisteixen en ions magnètics 3d separats per ions no magnètics.
En una situació en què la distància per a la interacció directa dels orbitals 3d entre si és gran, la interacció d'intercanvi encara és possible, superposant les funcions d'ona dels orbitals 3d dels ions magnètics i els orbitals p dels anions no magnètics.
Els orbitals de dos tipus "es barregen", els seus electrons es tornen comuns a diversos ions: aquesta és la interacció de superintercanvi. Que aquest dielèctric sigui ferromagnètic o antiferromagnètic està determinat pel tipus d'orbitals d, el nombre dels seus electrons i també per l'angle en què es veu un parell d'ions magnètics des d'on es troba l'ió no magnètic.
Una interacció d'intercanvi antisimètrica (anomenada interacció Dzialoszinski-Moria) entre dues cèl·lules amb vectors de spin S1 i S2 només té una energia diferent de zero si les cèl·lules en qüestió no són magnèticament equivalents.
S'observa una interacció d'aquest tipus en alguns antiferroimants en forma de magnetització espontània feble (en forma de ferromagnetisme feble), és a dir, la magnetització és una mil·lèsima en comparació amb magnetització de ferroimants convencionals… Exemples d'aquestes substàncies: hematita, carbonat de manganès, carbonat de cobalt.