A grafit mágneses?

Bebizonyosodott, hogy a grafit szobahőmérsékleten nem mágneses, mivel szénatomokat tartalmaz rétegekben.

Ennek ellenére a grafitnak számos érdekes tulajdonsága van, beleértve a mágneses anyagokhoz hasonló elektromos vezetőképességét.

Grafit vs. Diamágnesesség

Grafit szerkezete
Grafit szerkezete

Azokat az anyagokat, amelyek hajlamosak a külső mágneses teret taszítani, diamágnesesnek nevezik. A taszítás az anyagon belüli elektronok mozgásából származik, amelyet egy mező idéz elő, amely kialakítja a saját kis, ellentétes mágneses terét. diamágnesség nem csak grafit által kiállított ingatlan.

Grafit a szén réteges szerkezetű allotróp formája. Az elektronok szerkezete miatt a grafit diamágneses anyagokhoz hasonlóan viselkedik.

Egyedülálló réteges szerkezete és gyenge rétegközi kötése döntő szerepet játszik az anyag általános mágneses reakciójának befolyásolásában.

Diamágneses anyagok
Diamágneses anyagok

A grafitmágnesességet befolyásoló tényezők

Rétegközi csatolás (hatszögletű rácsos szerkezet)

A grafit egyes grafénrétegei enyhén diamágnesesek. Rá fog jönni, hogy a mágneses mezők enyhén taszítják. Mindazonáltal döntő jelentőségű, hogy ezek a rétegek hogyan vannak egymásra rakva.

A rétegeket gyenge van der Waals erők kötik össze, relatív orientációjuk és távolságuk befolyásolhatja kölcsönös mágneses kölcsönhatásukat.

Szennyeződések (dopping és hibák)

A grafén elektronszerkezete és mágneses tulajdonságai megváltoztathatók atomok (adalékanyagok) bejuttatásával vagy szerkezeti hibák létrehozásával.

Ha egy vagy több szénatomot olyan elemekkel helyettesítünk, mint a bór vagy a nitrogén, a rendszer párosítatlan elektronokat tartalmaz.

Ez érzékennyé teszi a ferromágnesességre (ahol minden mágneses momentuma egyetlen irányba van orientálva).

 Külső mágneses mező

Kiderült, hogy még a tiszta, adalékanyagok és hibák nélküli grafit is mágnessé váltható külső eszköz alkalmazásával. mágneses mező. Ha minden elemben egy réteg található, a mezőigazítás eligazíthatja a fúrórétegeket, és nettó makroszkopikus mágnesezettséget hozhat létre.

Hőmérséklet-változások

A grafit mágnesességét nagymértékben befolyásolja a hőmérséklet. A hőmérséklet változást okoz elektronjai kinetikus energiájában.

Ugyanakkor megváltoztatja mobilitásukat, ami a mágneses tulajdonságok megváltozását eredményezi. A hőmérséklet hatása segít megmagyarázni a grafitmágnesesség természetét és változékonyságát.

A grafit szerkezete és hatásai a mágnesességre

Méhsejt rétegek

A grafénrétegek méhsejtszerűek, a szénatomok szoros sp2 hibrid szerkezetben és erős kötéseket képeznek minden rétegben.

Ezek a kötések a grafitot jó vezetővé teszik, és korlátozzák az elektronok mozgását az irányukra merőleges síkok felett. Ez a korlátozott mozgás kulcsfontosságú tényező a rétegek túl erős mágneses kölcsönhatásának megakadályozásában.

Gyenge kötés a rétegek között

Grafénrétegek halmozódnak egymásra, gyenge van der Waals kölcsönhatások kötik össze. Mivel a síkbeli sp2 kötések sokkal erősebbek, mint ezek a rétegközi erők, nagyon kevés az elektronikus kölcsönhatás a rétegek között.

Ez a gyenge csatolás lehetővé teszi, hogy minden réteg megtartsa alapvető diamágnesességét, enyhe ellenállását a mágneses mezőkkel szemben. Ennek ellenére ezeknek a rétegeknek a relatív elhelyezkedése befolyásolja az általános mágneses reakciót.

Halmozási rend és mágnesesség

Ez a rétegközi mágneses kölcsönhatás a grafénhalmok rétegeinek egymásra épülési sorrendjétől függ.

Ha a Bernal halmozás két rétege ellentétes orientációjú diamágnesességet mutat, akkor a hatás antiferromágneses (a teljes mágnesezettség megszűnik).

A tánc más lehetséges halmozási mintákkal módosítható, ami gyenge ferromágnesességet vagy egzotikus mágneses jelenségeket eredményezhet a rétegek közötti elektrondelokalizációt befolyásoló apró változások miatt.

Edge hatások és hibák

Végül a grafénlapok szélei lógó kötéseket hagynak maguk után, helyi mágneses momentumokat hozva létre. Ezek azután kölcsönhatásba léphetnek a tömeg gyenge diamágnesességével, és ezáltal befolyásolhatják az általános mágneses viselkedést.

Időnként hozzáadhat idegen atomokat, például bórt vagy nitrogént, amelyek párosítatlan elektronokat hoznak, amelyek hozzájárulnak az erősebb ferromágnesességhez.

Grafit szerkezete
Grafit szerkezete

Egyéb szénfajták és mágneses tulajdonságaik

gyémánt

Tetraéderes rácsból készült, ami a megjelenését adja, ez a csodálatos tulajdonsága diamágnesessé teszi.

Mivel mindegyik szén egyformán kötődik mind a négy szomszédhoz, az elektronok párosodnak, és nincs nettó mágneses momentum.

A nitrogénszennyeződések vagy más felületi egyenetlenségek azonban párosítatlan elektronokat hagyhatnak maguk után, ami gyengíti a ferromágnesességet.

fullerének

A jól ismert buckyballokhoz hasonlóan ezek a gömb vagy henger alakú szénketrecek is diamágnesességet mutatnak.

Ráadásul zárt héjú elektronszerkezetük kevés párosítatlan elektront termel. De ha mágneses atomokat használnak a doppingoláshoz, vagy egy mágnesesen mozgó molekulát csatlakoztatnak, ajtók nyílhatnak új nanomágnesek előtt.

Szén nanocsövek

Ezek az egydimenziós csodák különböző típusú mágneses viselkedést mutatnak a kiralitás és az átmérő változásának hatására.

A fém nanocsövek diamágnesesek, de a félvezetők paramágnesesek lehetnek, ha párosítatlan elektronokat tartalmaznak a sávszerkezetükben.

A hibák vagy szennyeződések hozzáadása ferromágnesességet vagy antiferromágnesességet okozhat, így kiváló jelöltek a spintronika számára.

Amorf szén

Ebben a rendezetlen formában, amely kormot és szenet tartalmaz, az elektronszerkezet randomizált és delokalizált; kevés vagy nincs diamágnesesség.

Ha szennyeződések vagy hibák vannak jelen, akkor lokális mágneses momentumokat hoz létre, amelyek miatt ezek az anyagok nagyon összetett viselkedést mutatnak.

Grafén

Bár ugyanolyan hasonlóak a grafithoz, az egymástól függetlenül kialakított grafénlapok szokatlan kvantummágnesességgel rendelkeznek.

Ennek oka kétdimenziós és fokozott elektron-elektron kölcsönhatásuk. Ez új utakat nyit meg az egzotikus mágnesesség atomi szintű kutatásában.

Következtetés

Ez csak egy bepillantás a szénmágnesesség magával ragadó világába. A folyamatos kutatás és feltárás során lenyűgöző mágneses titkokat fedezhetünk fel.

Frissítse a cookie-k beállításait
Lapozzon a lap tetejére