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Interazione di scambio

L'interazione di scambio o l'energia di scambio rivela tanto della quantità di energia presente all'interno di un atomo e svolge un ruolo importante nella descrizione del ferromagnetismo. Letteralmente, questa non è una forza che viene normalmente trasmessa attraverso un'interazione - piuttosto, l'interazione di scambio descrive un effetto della meccanica quantistica che ha effetti simili. Poiché l'interazione di scambio all'interno dell'ordine magnetico si occupa della probabilità di residenza degli elettroni, è spesso associata al principio di Pauli, ma ciò non è necessariamente associato ad esso.

Cosa si intende per interazione di scambio?

In un sistema fisico (oggetto fisico che può essere distinto dal suo ambiente in un modo definito, come un atomo), diverse particelle hanno uno stato quantomeccanico.

Secondo il principio di Pauli, due fermioni, cioè particelle che compongono la materia come elettroni o neutrini, ecc., non possono mai assumere lo stesso stato quantistico. La funzione d'onda della meccanica quantistica può essere utilizzata per indicare dove è probabile che si trovino le particelle (componente spaziale) e come i loro momenti magnetici, ovvero i loro spin, si relazionano tra loro (componente di spin). Di conseguenza, la funzione d'onda deve essere sempre antisimmetrica, cioè con una componente di posizione simmetrica e una componente di spin antisimmetrica o viceversa. Questa chiara differenziazione è chiamata interazione di scambio in fisica.

Se gli atomi in un solido sono a una distanza maggiore l'uno dall'altro, la distribuzione spaziale degli elettroni può anche essere energeticamente più favorevole, motivo per cui cambia la simmetria della funzione d'onda spaziale. Come logica conseguenza, la funzione d'onda di spin cambia quindi da un allineamento antisimmetrico (antiferromagnetico) a uno simmetrico (ferromagnetico).

Scambio di interazioni e ferromagnetismo

L'interazione di scambio è responsabile dell'emergere del ferromagnetismo. Gli spin elettronici, cioè i magneti elementari, hanno momenti magnetici che si allineano con un campo magnetico esterno. Quando in un solido sono presenti spin di elettroni spaiati, si magnetizza l´intero materiale, poiché esiste una posizione parallela dei girii magnetici in tutti gli atomi. Ma in questo caso vi sono differenze tra paramagneti e ferromagneti.

• Paramagneti: l'interazione di scambio diretto tra gli spin degli elettroni è inferiore all'energia termica degli elettroni coinvolti. Ciò significa che gli spin degli elettroni non rimangono allineati in modo permanente e la magnetizzazione scompare dopo la rimozione del campo magnetico esterno.

• Ferromagneti: L'interazione di scambio nei ferromagneti è significativamente maggiore dell'energia termica e quindi la magnetizzazione viene mantenuta anche dopo aver allontanato il campo magnetico esterno. La magnetizzazione viene meno, solo se si porta il campo ad una temperatura al di sopra della temperatura di Curie o attraverso colpi violenti. a magnetizzazione dei ferromagneti non avviene per caso. Piuttosto, gli spin degli elettroni si allineano in aree speciali, le aree bianche, parallele tra loro.