Внутрикристаллическое поле. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Внутрикристаллическое поле (кристаллическое поле)-неоднородное электрич. (реже магн.) поле, существующее внутри кристаллов и воздействующее на электроны и ядра. Электрич. Внутрикристаллическое поле, действующее на внеш. электроны атома Или иона, имеет зл--статич. (на расстояниях порядка межатомных положит. и отрицат. заряды не компенсируют друг друга) и обменное (см. Обменное взаимодействие)происхождение. Напряжённость внутрикристаллического поля может достигать значений ~10⁸ В/см. Внутрикристаллическое поле имеет симметрию, определяемую симметрией кристалла (для примесных атомов или ионов - точечной симметрией).

Понятие внутрикристаллического поля возникло в связи с теоретич. расчётами электронного спектра примесных парамагн. ионов (см. Парамагнетизм)в диамагн. ионных кристаллах (матрицах) и комплексных соединениях. В этом случае внутрикристаллическое поле наз. также полем лигандов. Под действием внутрикристаллического поля происходит расщепление вырожденных электронных уровней парамагн. атома или иона (см. Штарка эффект ). Внутрикристаллическое поле снимает орбитальное вырождение ,имеющееся в изолир. атоме или ионе, и изменяет структуру электронных уровней. В зависимости от соотношения внутрикристаллического поля и внутриатомных взаимодействий (обменного, спин-орбитального) различают случаи сильного, промежуточного и слабого внутрикристаллического поля. В сильном внутрикристаллическом поле энергия взаимодействия электронов парамагн. иона с внутрикристаллическим полем больше энергии спин-орбитального взаимодействия и обменного взаимодействия. При этом расщепление уровней

велико (

5 эВ), нарушается структура энергетич. уровней изолированного атома или иона, в частности нарушается Хунда правило и реализуется т. н. низкоспиновое состояние иона; этот случай наблюдается, напр., для ионов Fe²⁺ , Co³⁺ , для мн. ионов с недостроенными 4d- и 5d-оболочками. Случай промежуточного внутрикристаллического поля (

1 эВ), когда энергия взаимодействия электронов с полем больше энергии спин-орбитального взаимодействия, но меньше энергии внутриатомного обменного взаимодействия, встречается в большинстве соединений переходных металлов с недостроенной

оболочкой. В соединениях редкоземельных элементов с недостроенной f-оболочкой реализуется случай слабого внутрикристаллического поля (

~10^-2 эВ). При этом мультиплетная структура уровней изолир. иона сохраняется в кристалле.

Эффекты, вызываемые электрич. внутрикристаллическим полем, важны для магнитоупорядоченных веществ, а также для примесных парамагн. ионов (переходных и редкоземельных элементов) в кристалле; они определяют величину магн. момента иона, магнитную анизотропию и магнитострикцию, а также спектроскопич. свойства кристалла. С воздействием электрич. внутрикристаллического поля связаны специфич. фазовые переходы (кооперативный Яна - Теллера эффект, переход из высокоспинового состояния в низкоспиновое и др.).

Внутрикристаллическое поле исследуются с помощью спектроскопич. методов - оптич. спектроскопии, радиоспектроскопии (ЭПР, ЯМР, ЯКР), мёссбауэровской спектроскопии, с помощью рассеяния нейтронов (см. Нейтронография), измерений теплоёмкости, акустического парамагнитного резонанса и акустического ядерного магнитного резонанса. Для оценки величины и определения локальной симметрии внутрикристаллического поля в диамагн. кристалле оптич. методами и методом ЭПР в него часто вводят небольшие кол-ва парамагн. ионов, к-рые служат "атомными зондами". Исследование величины и симметрии внутрикристаллического поля позволяет изучить структуру твёрдых тел и энергию взаимодействия ионов с кристаллич. окружением. Такие диамагн. матрицы с примесью парамагн. ионов являются основой твердотельных лазеров и квантовых усилителей СВЧ.

Внутреннее магн. поле, действующее на орбит. моменты и спины электронов и ядер в кристалле, имеет эл--магн. и обменное происхождение. Эл--магн. вклад (за счёт диполь-дипольного взаимодействия) невелик, и соответствующие поля обычно ~10³-10⁴ Э; они являются дальнодействующими (спадают с расстоянием как 1/r³). Обменные поля значительно сильнее и для электронов достигают 10⁶-10⁷ Э. Магнитные поля на ядрах, обусловленные сверхтонким взаимодействием магн. моментов ядер и электронного окружения, порядка 10⁵-10⁶ Э. Эти поля - короткодействующие. В парамагнетиках из-за хаотич. тепловых переориентации магн. моментов электронов и ядер величина и направление магн. внутрикристаллического поля быстро флуктуируют во времени и его ср. значение мало или равно 0. Значит. величины оно достигает лишь в магнитоупорядоченных средах или в парамагнетиках при низких температурах.

Магн. внутрикристаллическое поле проявляется в расщеплении уровней парамагн. ионов и ядер (см. Зеемана эффект ).Оно непосредственно сказывается в спектрах (оптических, ЯМР, ЭПР, ЯКР, Мёссбауэра, ферро- и антиферромагн. резонансов). Эти методы и используются в основном для исследования магн. внутрикристаллического поля. Его изучение даёт возможность установить наличие и тип магн. упорядочения в магнетиках, локальную симметрию и характер взаимодействия парамагн. примесей с матрицей, характер хим. связей в кристалле (долю ковалентности связей, степень переноса заряда).

Помимо собственных электрич. и магн. внутрикристаллического поля, в конденсированных средах существенно изменяются и внешние электрич. и магн. поля, что, в частности, приводит к эффектам локального поля.

Литература по внутрикристаллическому полю

Знаете ли Вы, что такое мысленный эксперимент, gedanken experiment?
Это несуществующая практика, потусторонний опыт, воображение того, чего нет на самом деле. Мысленные эксперименты подобны снам наяву. Они рождают чудовищ. В отличие от физического эксперимента, который является опытной проверкой гипотез, "мысленный эксперимент" фокуснически подменяет экспериментальную проверку желаемыми, не проверенными на практике выводами, манипулируя логикообразными построениями, реально нарушающими саму логику путем использования недоказанных посылок в качестве доказанных, то есть путем подмены. Таким образом, основной задачей заявителей "мысленных экспериментов" является обман слушателя или читателя путем замены настоящего физического эксперимента его "куклой" - фиктивными рассуждениями под честное слово без самой физической проверки.
Заполнение физики воображаемыми, "мысленными экспериментами" привело к возникновению абсурдной сюрреалистической, спутанно-запутанной картины мира. Настоящий исследователь должен отличать такие "фантики" от настоящих ценностей.

Релятивисты и позитивисты утверждают, что "мысленный эксперимент" весьма полезный интрумент для проверки теорий (также возникающих в нашем уме) на непротиворечивость. В этом они обманывают людей, так как любая проверка может осуществляться только независимым от объекта проверки источником. Сам заявитель гипотезы не может быть проверкой своего же заявления, так как причина самого этого заявления есть отсутствие видимых для заявителя противоречий в заявлении.

Это мы видим на примере СТО и ОТО, превратившихся в своеобразный вид религии, управляющей наукой и общественным мнением. Никакое количество фактов, противоречащих им, не может преодолеть формулу Эйнштейна: "Если факт не соответствует теории - измените факт" (В другом варианте " - Факт не соответствует теории? - Тем хуже для факта").

Максимально, на что может претендовать "мысленный эксперимент" - это только на внутреннюю непротиворечивость гипотезы в рамках собственной, часто отнюдь не истинной логики заявителя. Соответсвие практике это не проверяет. Настоящая проверка может состояться только в действительном физическом эксперименте.

Эксперимент на то и эксперимент, что он есть не изощрение мысли, а проверка мысли. Непротиворечивая внутри себя мысль не может сама себя проверить. Это доказано Куртом Гёделем.

Понятие "мысленный эксперимент" придумано специально спекулянтами - релятивистами для шулерской подмены реальной проверки мысли на практике (эксперимента) своим "честным словом". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.