Vorlesungsskript Physik IV - Walther Meißner Institut - Bayerische ...

Abschnitt 7.5 PHYSIK IV 2617.5 Vertiefungsthema:Atomarer MagnetismusMit dem Drehimpulssystem ist ein atomares magnetisches Moment verbunden. Wie wir wissen, stimmtdie Richtung des gesamten magnetischen Moments auf Grund der unterschiedlichen g-Faktoren vonBahndrehimpuls und Spin nicht mit der Richtung des Gesamtdrehimpulses J überein. Für den Betragdes magnetischen Moments erhalten wir|µ J | = −|g J | µ B√J(J + 1) (7.5.1)Die Projektion auf die Magnetfeldachse ist durchµ J,z = −g J µ B m J (7.5.2)gegeben. Der atomare g J -Faktor (Landé-Faktor) lautet bei L-S-Kopplung in völliger Analogie zum H-Atom (vergleiche (4.7.9)g J = 1 +J(J + 1) − L(L + 1) + S(S + 1)2J(J + 1). (7.5.3)Der einzige Unterschied besteht darin, dass L und S jetzt der Gesamtdrehimpuls und -spin aller Elektronenist.Atome mit abgeschlossenen Elektronenschalen sind diamagnetisch, da sie weder ein Spin- noch einBahnmoment besitzen. Prominente Beispiele sind die Edelgase. Aber auch Kohlenstoff besitzt wegenJ = 0 kein magnetisches Moment, d.h. Spin und Bahnmoment addieren sich zu Null. Beim Diamagnetismuskommt der zu B 2 proportionale Kopplungsterm zum tragen (vergleiche (4.6.25)). Man kann sichdas diamagnetische Verhalten so vorstellen, dass durch das Feld ein Wahrscheinlichkeitsstrom im Atominduziert wird. Dieser ist so geartet, dass er das äußere Feld abschirmt. Das damit verbundene magnetischeMoment steht antiparallel zu B. Da das Moment selbst zu B proportional ist, erhalten wir eineB 2 -abhängige Kopplung.Typische Vertreter von paramagnetischen Atomen sind die Übergangsmetalle. In diesem Fall richten sichdie schon vorhandenen atomaren magnetischen Momente im äußeren Feld parallel aus.2003