12.6. Магнитные кластеры

Электроны в атоме можно рассматривать как точечные заряды, вращающиеся вокруг ядра, хотя, строго говоря, это допущение не совсем верное и может привести к ошибочным предсказаниям некоторых свойств материала. Электрон при движении по орбите обладает угловым или вращательным моментом и создает магнитное поле (за исключением s-состояний). Картина магнитного поля при таком движении сходна с полем стержневого магнита. При этом говорят, что электрон обладает орбитальным магнитным моментом. Существует и другой вклад в магнитный момент, возникающий вследствие того, что электрон имеет спин. В классическом рассмотрении электрон можно представить как сферический заряд, вращающийся вокруг некоторой оси. Таким образом, для получения полного магнитного момента электрона следует сложить спиновый и орбитальный моменты. Полный же момент атома получается векторным суммированием моментов всех его электронов и ядра.

В первом приближении ядерным магнитным моментом можно пренебречь ввиду его малости. На энергетических уровнях, занятых четным количеством электронов, магнитные моменты последних попарно противоположны, поэтому полный момент атома равен 0. Таким образом, большинство атомов в твердых телах не имеют магнитного момента, за исключением ионов d-металлов.

Измерить магнитный момент наночастицы возможно с помощью опытов Штерна-Герлаха.

Источник частиц

Рис. 12.12. Опыт Штерна-Герлаха

Наночастицы направляются в область неоднородного магнитного поля, которое выступает в качестве сепаратора частиц в соответствии с проекцией их магнитного момента. В результате пучок частиц отклоняется и фиксируется люминесцентным экраном (рис. 12.12). По этому отклонению и определяется магнитный момент частиц.

Необходимо упомянуть еще об одном из наиболее интересных свойств наночастиц, а именно о наличии полного магнитного момента у кластера, состоящего из немагнитных атомов. Например, кластеры рения демонстрируют (рис. 12.13) отчетливое увеличение магнитного момента, если в кластере меньше 20 атомов.

Рис. 12.13.Зависимость магнитного момента для кластеров Re

от числа атомов в них