Значения вектора Mj по аналогии с магнитным моментом электронной оболочки определяются выражением

1 МЛ =giV/a+i)VBgi у/(/+1)[я, (1.38)

где gi - ядерный g-фaктop,gl=gIm/m„; tx„=--=5,05- 10-2АX

2mj,

Хм - ядерный магнетон.

Векторы Pi и Mj подчиняются правилам пространственного квантования.

Проекция Mj на направление поля Н

Mi=gjmiv-,, (1.39)

где магнитное квантовое число mi=I; {I-1);...; (-/-Ь1); (-/) и принимает 21+1 значений.

Благодаря сильному нуклонному взаимодействию магнитный момент ядра, несмотря на положительный заряд ядра, может принимать различные (целые и дробные) не только положительные, но и отрицательные значения. Экспериментально установлено, что около 30% ядер имеют отрицательный магнитный момент. У ядер с четным числом Z и N магнитный момент равен нулю.

На основании (1.37) и (1.38.) гиромагнитное отношение ядра

Y«=5-rf. (1.40)

Момент количества движения атома. Момент количества движения атома Рр можно представить как векторную сумму моментов количества движения электронной оболочки и ядра, т. е..

P=Pj-{-Pr. (1.41)

С учетом правил квантования значения вектора Рр могут быть найдены в виде

1Р. =/F(F + l), (1.42)

где F - положительное квантовое число, равное J+I; J+I-1;...;

Связь между Pj и Pi приводит к сверхтонкому взаимодействию, суть которого сводится к следующему. Электронная оболочка создает в месте расположения ядра магнитное поле с напряженностью Н(0), которое взаимодействует с магнитным моментом ядра Mj. Значение Н(0) зависит от структуры электронной оболочки. Так, для атомов с полностью заполненной оболочкой Н(0)=0. Для элементов с незаполненной оболочкой и валентными электронами это поле достигает больших значений («ЮОО кА/м). С увеличением порядкового номера Z Н(0) возрастает.

Для элементов первой группы с электроном в s-состоянии и для большинства других атомов направление поля Н(0) антипарал-лельно направлению вектора количества движения электронной оболочки. Энергия сверхтонкого взаимодействия Е зависит не

только от значений Mj и Н(0), но и от их взаимной ориентации определяется следующим образом:

E=a{P,Pj), (1.43)

;где а - константа сверхтонкого взаимодействия.

Магнитный момент атома. Для определения полного магнитного момента атома необходимо произвести векторное суммирование магнитных моментов электронной оболочки Mj и ядра Mi. Найденный при этом магнитный момент М/ в силу различия ё-факторов электронной оболочки и ядра не будет антипа-раллелен механическому моменту Рр, а располагается под некоторым углом к нему.

Вводят пояятпе эффективного магнитного момента атома Mj?. Его значение определяется как сумма проекций магнитных моментов Mi и М.г на направление Рр, и в соответствии с правилами квантования

M=gj,j/TW+T)i.B, (1.44)

где gp-gj 2FiF + l)-+

Проекцию Mi? на направление поля Н находят как

Mp=gpmpB (1.46)

где магнитное атомное квантовое число Шр принимает значения f; F-1;...; -F (всего 2f+l значений).

Магнитный момент атома в веществе может отличаться от значения в изолированном (свободном) атоме. Степень различия за-еисит от строения и состояния вещества, т. е. от типа связей и энергии взаимодействия между атомными носителями магнетизма. Так, для металлов, состоящих из атомов с неполностью застроенным Зй-слоем, магнитный момент существенно ниже момента свободного атома. Например, атомный магнитный момент изолированного атома железа составляет 4рв вследствие перевеса положительного спинового магнитного момента над отрицательным в недостроенном З-слое (6 электронов вместо 10). Средний же момент, приходящийся на отдельный атом в кристалле железа, составляет только 2,21 р,в. Такое распределение электронов в атоме железа показывает, что при образовании кристалла в связи с коллективизацией внешних 45-электронов и частично Зй-электронов (ибо они расположены далеко от ядра) происходит уменьшение магнитного момента атома из-за дополнительной компенсации 4я-электронами нескомпенсированных Зй-электронов. Другая причина уменьшения их атомного момента заключается в явлении замораживания орби-зальных моментов (практически их исчезновении) вследствие воздействия соседних ионов кристаллической решетки на каждый данный ион.

Основные типы магнитного состояния вещества. Все вещества в природе можно считать магнетиками, так как они обладают определенными магнитными свойствами и соответствующим образом взаимодействуют с внешним магнитным полем. В течение длительного времени магнетики классифицировали по внешним признакам, прежде всего по их магнитной восприимчивости Я, где / - намагниченность (интенсивность намагничивания); Я - напряженность магнитного поля.

В зависимости от значения %, характера ее зависимости от Я и температуры выделили следующие основные типы магнетиков, (магнитных явлений): диамагнетики (диамагнетизм), парамагнетики (парамагнетизм), ферромагнетики (ферромагнетизм). Затем установили, что кроме указанных трех групп следует выделять еще две: антиферромагнетики (антиферромагнетизм) и ферримаг-нетики (ферримагнетизм). Однако при этом формальный классификационный признак (х) оказывается несостоятельным. - Дело в том, что магнитные свойства вещества, представляющего собой сложную динамическую систему атомов, состоящую из-большого числа ядер и электронов, определяются внутри- и межатомными взаимодействиями элементарных носителей магнетизма: частиц, диполей, квадрунолей и т. д. Только изучение видов связей и значений энергии взаимодействий между микроносителями магнетизма позволяет объяснить различные типы магнитного состояния вещества.

Диамагнитный эффект является результатом воздействия внешнего магнитного поля на молекулярные токи и проявляется в том, что возникает магнитный момент, направленный в сторону, обратную внешнему полю (см. § 1.2). Следовательно, диамагнитная восприимчивость отрицательна; по значению она весьма мала (х?»-10-5) ц g большинстве случаев не зависит от температуры и напряженности поля. Диамагнетизм существует во всех веществах независимо от структуры их атомов и видов связи, т. е. в жидком, твердом и газообразном состояниях. Однако в «чистом виде» он проявляется только в тех веществах (диамагнетиках), в которых имеет место полная взаимная компенсация как орбитальных, так и спиновых магнитных моментов. Для веществ, в которых собственный суммарный магнитный момент атомных образо-.ваний не равен нулю, на диамагнетизм накладывается значительно больший его по значению нескомпенслрованный момент электронов. В этом случае наблюдаются другие типы магнитного состояния, подавляющие диамагнетизм.

. Парамагнитный эффект возникает в веществах с наличием нескомпенсированных магнитных моментов и отсутствием магнитного атомного порядка. Это проявляется в том, что в отсутствие внешнего поля векторы магнитных моментов под действием тепловой энергии располагаются равновероятно, в результате чего магнитный момент парамагнетика равен нулю. Под действием внешнего поля возникает направление преимущественной ориентации магнитных моментов, совпадающее с направлением поля, т. е-.