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Interacción de intercambio

El intercambio o la energía de intercambio revela mucho acerca de la cantidad de energía dentro de un átomo y juega un papel importante en la descripción del ferromagnetismo. Literalmente, esta no es una fuerza que normalmente se transmite a través de una interacción, sino que la interacción de intercambio describe un efecto de la mecánica cuántica que tiene efectos similares. Debido a que la interacción de intercambio dentro del orden magnético trata con la probabilidad de residencia de los electrones, a menudo se asocia con el principio de Pauli, pero esto no necesariamente se asocia con él.

¿Qué se entiende por interacción de intercambio?

En un sistema físico (un objeto físico que se puede definir de una manera definida a partir de su entorno, como un átomo), varias partículas tienen un estado mecánico cuántico.

Según el principio de Pauli, dos fermiones, es decir, partículas de materia como electrones o neutrinos, etc., nunca pueden asumir el mismo estado cuántico. La función de onda mecánica cuántica se puede usar para indicar dónde es probable que se ubiquen las partículas (componente local) y cómo se relacionan entre sí sus momentos magnéticos, es decir, sus espines (componente de espín). Por lo tanto, la función de onda siempre debe ser antisimétrica, i. con componente local simétrico y componente de giro antisimétrico o viceversa. Esta distinción inequívoca se llama interacción de intercambio en física.

Si los átomos en un sólido ocupan una distancia mayor entre sí, la distribución espacial de los electrones puede ser más favorable en términos de energía, lo que conduce a un cambio de simetría en la función de onda espacial. Como consecuencia lógica, la función de onda de giro cambia de una alineación antisimétrica (antiferromagnética) a una alineación simétrica (ferromagnética).

interacción de intercambio y ferromagnetismo

La interacción de intercambio es responsable de la aparición del ferromagnetismo. Los espines electrónicos, es decir, los imanes elementales, tienen momentos magnéticos que se alinean con un campo magnético externo. Cuando los espines electrónicos no apareados están presentes en un sólido, magnetizamos todo el material, ya que hay una posición paralela de los momentos magnéticos de todos los átomos. Pero aquí hay diferencias entre paramagnetos y ferromagnetos.

  • Paramagnets: la interacción de intercambio directo entre los espines de electrones es menor que la energía térmica de los electrones involucrados. Esto significa que los espines de electrones no permanecen alineados y la magnetización desaparece después de la eliminación del campo magnético externo.
  • Ferromagnetos: la interacción de intercambio en ferromagnetos es significativamente mayor que la energía térmica y, por lo tanto, la magnetización se retiene incluso después de apagar el campo magnético externo. La magnetización se pierde solo por calentamiento por encima de la temperatura de Curie o por impactos más violentos. La magnetización de los ferromagnetos no ocurre por casualidad. Por el contrario, los espines de electrones se alinean en áreas especiales, las áreas blancas, paralelas entre sí.