Materiale utilizate in sisteme I. T

Intre soluþiile titanat-zirconat de plumb existã compoziþii cu efecte piezo-electrice extrem de puternice, în special în jurul tranziþiei de fazã tetragonal-romboedric.

Deoarece temperaturile Curie ale ceramicilor PZT sunt relativ ridicate (200 ... 400°C), se obþine o mult mai bunã stabilitate în variaþiile cu temperatura ale proprietãþilor de material ºi o variaþie mai redusã a acestor proprietãþi în timp. Anumite proprietãþi ale ceramicilor PZT pot fi de asemenea îmbunãtãþite în variantele denumite „PZT modificat" la care se adaugã cantitãþi mici de staniu sau hafniu (împreunã cu titan sau zirconiu) sau stronþiu (împreunã cu plumb). In acest mod pot fi crescute valorile coeficienþilor de cuplaj piezo-electrici (v. tabelul 1.14), modifica în limitele dorite temperaturile de tranziþie, îmbunãtãþi anumite proprietãþi mecanice etc.

Soluþiile solide de niobat de sodiu ºi potasiu (K. Na) NbO3 posedã de ase­menea în fazã ceramicã proprietãþi piezoelectrice puternice. Aceste proprietãþi piezoeleetrice variazã mult mai puþin cu compoziþia decât în cazul cera­micilor PZT, înregistrîndu-se totuºi un maxim relativ plat în valoarea coefi­cienþilor de cuplaj piezoelectrici pentru compoziþia 50% Na ºi 50%K. Compa­rativ cu ceramicele PZT, temperaturile de tranziþie sunt în general puþin mai mari, ceea ce înseamnã o stabilitate bunã a proprietãþilor cu variaþia tempe­raturii ºi o stabilitate bunã în timp, însã coeficienþii de cuplaj piezoelectrici ºi coeficienþii piezoelectrici sunt mai mici în valoare absolutã.

Ceramicile piezoelectrice menþionate sunt folosite în realizarea unei game largi de dispozitive piezoelectrice: rezonatoare, filtre ceramice, transforma­toare ceramice, traductoare mecanic-electric (microfoane, geofoane, doze pick-up, generatoare de înaltã tensiune, traductoare de deplasare, vitezã sau acceleraþie) precum ºi traductoare electric-mecanic (traductoare pentru curã­þirea ultrasonorã, generatoare ultrasonore în locaþia submarinã) etc. Forma acestor dispozitive poate fi aleasã dupã necesitãþi întrucât tehnologia ceramicã nu impune restricþii în aceastã privinþã.

1.12.2. CRISTALE PIEZOELECTRICE PENTRU DISPOZITIVE CU UNDÃ ELASTICÃ DE SUPRAFAÞÃ

Dispozitivele cu undã elasticã de suprafaþã reprezintã, o familie de dis­pozitive piezoelectrice pentru care semnalul electric este transformat în undã elasticã ce se propagã pe suprafaþa unui substrat piezoelectric, undã care este prelucratã ºi retransformatã sub formã de semnal electric la ieºire. Pe acest principiu pot fi realizate: filtre trece-bandã nedispersive ºi dispersive, filtre optimale, linii de întîrziere, codoare ºi decodoare pentru semnale modulate în fazã, dispozitive pentru realizarea integralei de convoluþie sau integralei de corelaþie a douã semnale etc.

Dintre tipurile de undã de suprafaþã se folosesc aproape în exclusivitate undele Rayleigh (unde polarizate eliptic, atenuate în adîncime). Amplitudinea acestor unde tinde cãtre zero dupã aproximativ (1 ... 2)ë, unde

µ § - este lungimea de undã a undelor de suprafaþã;

v ¡ª viteza de propagare a undelor de suprafaþã;

f ¡ª frecvenþa undelor de suprafaþã.

In tabelul 1.15 sint indicate principalele cristale piezoelectrice utilizate pentru dispozitivele cu undã de suprafaþã, indicîndu-se ca performanþe ale acestora viteza de propagare v, coeficientul de temperaturã al vitezei de pro­pagare áv, coeficientul de cuplaj piezoelectric k2 ºi atenuarea undelor de supra­faþã la frecvenþa de 1 GHz (atenuarea datoritã pierderilor în reþeaua crista­linã ac, atenuarea datoritã excitãrii unor unde de volum în mediul în contact cu suprafaþa liberã a cristalului aa, atenuarea datoritã direcþiei razei adr ºi atenuarea datoritã difracþiei ad).

Dintre aceste cristale, cuarþul este utilizat pentru dispozitivele cu undã de suprafaþã, în special pentru valoarea foarte redusã a coeficientului de tem­peraturã a vitezei de propagare (valoare nulã pentru secþiunea ST). Viteza de propagare are valori medii, iar coeficienþii de cuplaj piezoelectric sunt în general mici (cea mai mare valoare pentru cuarþ se obþine în cazul secþiu­nii HC).

Niobatul de litiu monocristalin are cel mai mare coeficient de cuplaj piezo­electric pentru undele de suprafaþã ºi cea mai micã atenuare, pentru propa­garea acestora reprezentind din aceste motive un substrat foarte utilizat. Principalul sãu dezavantaj îl reprezintã valoarea prea mare a coeficientului de temperaturã, ceea ce impune, pentru obþinerea unor performanþe ridicate, termostatarea dispozitivelor.

Germaniatul de bismut (monocristal aparþinînd clasei de simetrie 23) are valori medii ale coeficientului de cuplaj piezoelectric ºi ale atenuãrii, coefi­cienþi de temperaturã mari, însã vitezã de propagare foarte micã a undelor de suprafaþã, rezultînd linii cu întîrziere mare ºi dimensiuni geometrice accep­tabile ºi traductoare interdigitale realizabile la frecvenþe de ordinul zecilor de megaherþi.

Dintre substraturile piezoelectrice, cele mai mari viteze de propagare ale undelor de suprafaþã prezintã oxidul de beriliu (monocristal hexagonal) ºi nitratul de aluminiu crescut epitaxial pe safir. Deºi tehnicile de obþinere a acestor cristale sunt mai delicate, ele se utilizeazã pentru frecvenþe mari (de ordinul gigaherþilor) pentru a obþine traductoarele prin tehnologii mai simple.

Ceramicile piezoelectrice (dintre care se remarcã titanat-zirconatul de plumb) au coeficienþi de cuplaj piezoelectrici de valori relativ mari, însã nu pot fi utilizate decât pânã la frecvenþe de ordinul zecilor de megaherþi deoarece structura policristalinã nu permite o prelucrare superioarã a suprafeþelor, iar atenuãrile datoritã propagãrii au valori foarte mari care cresc practic cu pãtratul frecvenþei de lucru.

In cazurile în care dispozitivele cu undã de suprafaþã, se folosesc împreunã cu dispozitivele semiconductoare realizate în varianta integratã, se recomandã utilizarea substraturilor de oxid de zinc sau nitrat de aluminiu crescute epitaxial pe acelaºi substrat de safir pe care se creºte ºi siliciul necesar realizãrii inte­gratului monolitic. In acest mod se obþine o mare flexibilitate în realizarea unor circuite complexe ca linii de întîrziere programabile, codoare ºi decodoare cu modulaþie în fazã. memorii recirculante.

1.13. ELECTREÞI. MODEL ªI PROPRIETÃÞI

Electreþii sunt materiale dielectrice care prezintã polarizaþie remanentã de lungã duratã (în acest mod ei sunt formal analogi magneþilor permanenþi). Din punctul de vedere al principiului de obþinere, electreþii se clasificã în:

termoelectreþi (polarizaþie remanentã prin acþiunea simultanã a tem-­

peraturii ºi câmpului electric);

fotoelectreþi (polarizaþie remanentã prin acþiunea simultanã a fluxului

luminos ºi a câmpului electric);

pseudoelectreþi (polarizaþie remanentã sub acþiunea radiaþiilor radio­

active).

Termoelectreþii se obþin prin introducerea în câmp electric între armãturile unui condensator (fig, 1.83, a) a materialului dielectric, simultan cu încãlzi- rea sa pânã în vecinãtatea temperaturii de topire. La aceastã temperaturã sarcinile electrice sau dipolii existenþi în material posedã o mare mobilitate ºi se orienteazã aproape integral pe direcþia câmpului. Prin rãcire în prezenþa câmpului, sarcinile electrice deplasate sau dipolii orientaþi „îngheaþã" în aceste poziþii datoritã mobilitãþii mult mai mici la temperaturã normalã creînd pola-rizaþia remanentã, care se menþine timp îndelungat dupã îndepãrtarea câmpului. Electretul astfel obþinut are pe suprafeþele sale sarcini de semn opus câmpului aplicat în timpul tratamentului (eterosarcini). Eterosarcina se for­meazã deci prin orientarea propriilor dipoli ai dielectricului sau deplasarea sarcinilor libere proprii (procese specifice întregului volum) cu „îngheþarea" lor ulterioarã.

In condiþiile unui câmp electric puternic în timpul formãrii electretului pe suprafeþele sale pot apãrea ºi sarcini electrice de aceiaºi semn cu acela al câmpului (omosarcini, fig. 1.83, b). Omosarcina este o sarcinã strãinã distri-

buitã superficial trecutã din electrod în dielectric prin strãpungeri locale ale aerului din interstiþiul electrozi-electret, în procesul de formare a electretului. In majoritatea cazurilor, omosarcina este însoþitã ºi de eterosarcinã, cea care are valoare absolutã, mai mare dînd semnul sarcinii superficiale.

Durata de viaþã a termoelectreþilor, adicã timpul în decursul cãruia ei ºi pãstreazã sarcinile, este foarte variatã. Pentru electreþii formaþi în cîm-puri slabe (E < 0,5 MV/m) nu se formeazã practic omosarcina, iar eterosar­cinã scade în timp la zero prin relaxarea dipolilor ºi a sarcinilor electrice deplasate (fig. 1.84, a). In câmpuri puternice (E > 100 MV/m) omosarcina predominã (fig. 1.84, h). Sarcina superficialã creºte uºor pe mãsura relaxãrii dielectricului (eterosarcinã scade la zero), dupã care omosarcina scade în timp prin procesul de conducþie în dielectric (cu cât rezistivitatea dielectri­cului este mai mare, cu atât durata de viaþã a electretului este mai mare). Pentru câmpuri intermediare (fig. 1.84, c) la început predominã eterosarcinã care scade în timp, semnul sarcinii superficiale inversîndu-se în momentul în care eterosarcina este egalã omosarcinii. Durata de viaþã a termoelectreþilor depinde nu numai de proprietãþile dielectricului (constanta de timp de rela­xare ºi rezistivitatea sa), ci ºi de condiþiile de mediu (umiditate, temperaturã, iradiere) ºi de schema în care funcþioneazã, electretul.

In ceea ce priveºte dielectricii din care se pot obþine termoelectreþi stabili, numãrul acestora este destul de mare. Proprietãþi bune se obþin atât din die-lectrici cu polarizare temporarã (cerezinã, polimetilmetacrilat, polietilente-reftalat, titanat de calciu) cât ºi din feroelectrici (de exemplu titanat de bariu). Durata de viaþã a termoelectriþilor utilizaþi curent este de unu¡ªdoi ani.

Termoelectreþii sunt utilizaþi în microfoane, traductoare de vibraþii, precum ºi ca generator de câmp electric în electrometre sau dozimetre.

Fotoelectreþii se obþin prin acþiunea simultanã a fluxului luminos ºi a câmpului electric. Dacã energia cuantelor de luminã este suficientã pentru a transfera electroni din banda de valenþã în banda de conducþie (fig. 1.85), atunci aceºti electroni se pot deplasa limitat sub acþiunea câmpului electric ºi pot fi captaþi pe nivele locale create de defecte ale reþelei cristaline. Dupã anularea fluxului luminos ºi a câmpului electric, electronii captaþi pe nivele locale în poziþii deplasate faþã de poziþia normalã în reþeaua cristalinã produc o polarizaþie remanentã a dielectricului. La întuneric, aceastã polarizaþie se menþine timp îndelungat. Electronii revin în timp la poziþiile lor normale în reþea sub acþiunea energiei termice care îi transferã de pe nivelul local în

banda de conducþie, putîndu-se astfel deplasa spre poziþiile de echilibru sub acþiunea câmpului intern. Iluminarea distruge instantaneu polarizarea rema­nentã, favorizînd trecerea tuturor electronilor de pe nivelul local în banda de conducþie. Fotoelectreþii pot fi fabricaþi din materiale fotoconductoare (de exemplu sulfura de zinc).

Pseudoelectreþii sunt fabricaþi prin iradierea cu raze â a suprafeþei mate­rialului dielectric plasat pe un electrod metalic conectat la un potenþial nul (fig. 1.86). Electronii care formeazã radiaþiile â vor pãtrunde în material ºi, în funcþie de energia lor ºi de structura substanþei, vor fi captaþi, în apro­pierea suprafeþei superioare, pe nivele locale generate de defecte ale reþelei. Câmpul electric al sarcinii astfel fixate în material va acþiona asupra sarcinii din electrodul metalic „atrãgînd" sarcinã pozitivã pe suprafaþa inferioarã a materialului dielectric. Pentru fabricarea pseudoelectreþilor se poate uti­liza sticlã silicat cu conþinut mare de bor, iradiatã cu un fascicul de electroni cu energia de 2 MeV.

Tema 2

MATERIALE MAGNETICE

2.1. DEFINIÞII. CLASIFICARE

Materialele magnetice reprezintã o clasã de materiale care se caracteri­zeazã prin stãri de magnetizaþie cu funcþii de utilizare. Prin stare de magne­tizaþie se înþelege starea materiei caracterizatã prin moment magnetic al unitãþii de volum diferit de zero. Ea este de naturã atomicã, fiind generatã de miºcarea electronilor pe orbitã ºi în jurul axei proprii, miºcãri care dau naºtere momentelor magnetice orbitale ºi de spin. Suma vectorialã a momentelor magnetice orbitale ºi de spin pe o particulã, determinã momentul magnetic elementar, moment care, în lipsa unui câmp magnetic exterior poate fi nul sau nenul (moment magnetic elementar spontan). Momentul magnetic ele­mentar spontan al majoritãþii materialelor magnetice utilizate în tehnicã este determinat de necompensarea reciprocã a momentelor magnetice de spin.

Starea de magnetizaþie a unui material poate fi temporarã, atunci cînd ea depinde de existenþa unui câmp magnetic exterior ºi se anuleazã odatã cu acesta, sau permanentã, atunci cînd este independentã de prezenþa unui câmp magnetic exterior; vectorul magnetîzaþie conþine deci în general douã com­ponente:

M = Mt + Mp (2.1)

Dependenþa dintre intensitatea câmpului magnetic ºi magnetizaþia temporarã este datã de legea magnetizaþiei temporare:

Mt=÷mH, (2.2)

unde ÷m este o caracteristicã de material ce depinde numai de natura lui fizico-chimicã ºi se numeºte susceptivitate magneticã. Ea este o mãrime sca­larã la corpurile izotrope ºi tensoriala la cele anizotrope. Mediile care au sus-ceptivitate magneticã independentã de intensitatea câmpului magnetic se numesc medii magnetice liniare, iar cele unde existã o interdependenþã între ÷m ºi H se numesc medii neliniare.

Interacþiunea dintre substanþã ºi câmpul magnetic este datã de legea legãturii dintre inducþia magneticã B, intensitatea câmpului magnetic H ºi magnetizaþia corpului M:

B = ì0H + ì0M (2.3)

unde µ §este permeabilitatea magneticã a vidului.

In cazul unui material izotrop, liniar, fãrã magnetizaþie permanentã, în ipoteza neglijãrii pierderilor în material, relaþia (2.3) se poate pune sub forma:

µ § (2.4)

unde µ § este permeabilitatea absolutã a materialului ºi µ § este permeabilitatea relativã, ambele fiind caracteristici de material. In cazul materialelor magnetice reale, permeabilitatea relativã este o mãrime complexã, care depinde ºi de pierderile de putere activã în material, caz care se va trata separat.

Din punctul de vedere al stãrii de magnetizaþie, materialele magnetice cu magnetizaþie temporarã se împart în diamagnetice ºi paramagnetice, iar cele cu magnetizaþie permanentã se împart în feromagnetice, antiferomag-netice ºi ferimagnetice.

Diamagnetismul apare datoritã interacþiunii dintre câmpul magnetic aplicat ºi electronii atomici. Câmpul magnetic modificã miºcarea electronilor, suprapunînd o miºcare de precesie peste miºcarea orbitalã. Precesia gene­reazã un moment magnetic indus care se opune câmpului iniþial, micºorîndu-1. Rezultã, o susceptivîtate magneticã negativã µ §, deci ºi µ § (fig. 2.1). Valorile susceptivitãþii magnetice sunt foarte mici în valoare absolutã ºi sunt independente de temperaturã ºi presiune (pot depinde indirect de aceºti para­metri prin intermediul numãrului de particule în unitatea de volum). Mate­rialele diamagnetice au caracter liniar.

Paramagnetismul este propriu materialelor a cãror particule posedã moment magnetic elementar spontan. In lipsa unui câmp magnetic exterior, momentele magnetice spontane sunt orientate cu aceeaºi probabilitate în orice direcþie a spaþiului, astfel ca pe ansamblu, materialul prezintã o magne­tizaþie nulã. Sub influenþa unui câmp magnetic exterior, momentele magne­tice elementare spontane tind sã se orienteze în direcþia câmpului, mãrindu-1. La temperaturã constantã, procesul de orientare depinde de intensitatea câmpului aplicat ºi magnetizaþia tinde spre saturaþie. Rezultã cã materialele paramagnetice au caracter neliniar (fig. 2.2) ºi au ÷m > 0. Valorile suscepti-

vitãþii paramagnetice sunt foarte mici ¡ªca ºi la diamagnetice ¡ª motiv pentru care aceste materiale se numesc ºi nemagnetice (tabelul 2.1).

La câmp constant, susceptivitatea paramagneticã depinde invers propor­þional de temperaturã (fig. 2.2), conform legii Curie-Weiss:

µ §

unde C este constanta Curie.

Feromagnetismul este propriu materialelor a cãror atomi au moment magnetic elementar spontan (rezultat în principal din necompensarea spi­nilor) ºi care, sub influenþa, efectului cuantic al interacþiunilor de schimb dintre spinii electronilor atomilor învecinaþi, se orienteazã omoparalel pe domenii, formînd domenii magnetice de magnetizare spontanã. Datoritã acestei structuri ele au susceptivitate magneticã ºi permeabilitate relativã foarte mare, ambele depinzînd de valoarea câmpuiui aplicat (caracter neliniar), de temperaturã, de solicitãri mecanice etc.

Ferimagnetismul ºi antiferomagnetismul este propriu materialelor a cãror

structurã se caracterizeazã prin existenþa a douã subreþele magnetice a cãror particule au momente magnetice elementare spontane orientate antiparalel. In funcþie de egalitatea sau inegalitatea momentelor magnetice orientate antiparalel, materialul are caracter antiferomagnetic sau ferimagnetic.

Datoritã importanþei tehnice ale materialelor fero- ºi ferimagnetice, ele se trateazã ulterior în paragrafe separate.

2.2. FUNCÞIILE MATERIALELOR MAGNETICE

Proprietãþile materialelor fero- ºi ferimagnetice le conferã acestora o largã aplicabilitate practicã în îndeplinirea unor funcþiuni specifice, ca suport material al utilizãrii tehnice a fenomenelor electromagnetice. Principalele funcþiuni sunt:

Funcþia de miez magnetic. Considerînd o bobinã idealã (fãrã pierderi) a cãrei inductivitate în vid este Lo ºi introducînd în interiorul ei un material magnetic închis, astfel ca fluxul de scãpãri sã fie nul, în ipoteza neglijãrii pierderilor în material ºi þinînd seama de (2.4), reactanþa la bornele bobinei devine µ §. Deci, bobina cu miez magnetic este echivalentã unei bobine în vid cu inductivitatea de µ § ori mai mare.

Din (2.4) rezultã ºi faptul cã prin utilizarea miezului magnetic, datoritã valorilor mari ale lui µ §, creºte inducþia, deci ºi densitatea de volum a energiei magnetice aferentã circuitului magnetic considerat.

Materialelor utilizate pentru aceastã funcþiune, li se cere o inducþie limitã a zonei cvasiliniare a curbei de magnetizare (inducþie la cot) cât mai mare, o permeabilitate relativã mare, pierderi de magnetizare cât mai mici (ciclu de histerezis îngust). Ele se utilizeazã în construcþia circuitelor magnetice ale maºinilor ºi aparatelor electrice, ale bobinelor, transformatoarelor etc.

Funcþia de generare a câmpului magnetostatic. Un circuit magnetic cu întrefier, a cãrui miez magnetic a fost în prealabil magnetizat pânã la saturaþie, reprezintã un magnet permanent, între polii cãruia existã un câmp magnetostatic. Densitatea de energie a câmpului magnetogtatic este determinatã de coordonatele B ºi H ale punctului de funcþionare aflat în cadranul II al curbei de histerezis, coordonate care la rîndul lor depind de inducþia remanentã ºi câmpul coercitiv al materialului. Pentru obþinerea unei densitãþi de energie a câmpului magnetostatic cât mai mari, materialul magnetic utilizat trebuie sã aibã valori ale inducþiei remanente ºi în special a câmpului coercitiv, cât mai mari.

Funcþia de înregistrare magneticã a informaþiei. Aceastã funcþie se bazeazã pe proprietatea materialelor fero- ºi ferimagnetice, ca magnatizarea remanentã sã depindã univoc de câmpul magnetic de excitaþie. Materialele utilizate în acest scop trebuie sã aibã un câmp coercitiv mare, care sã împiedice efectul de ºtergere a informaþiei sub inlluenþa unor câmpuri perturbatoare.

Funcþii neliniare ºi parametrice. Caracterul neliniar al caracteristicii de magnetizare a materialelor magnetice, în special a celor cu ciclu de histerezis dreptunghiular, permite realizarea unor funcþii de circuit neliniare ºi parametrice. Aceste materiale se utilizeazã la fabricarea miezurilor de comutaþie ºi memorie, a amplificatoarelor magnetice, releelor, bobinelor saturabile etc.

Funcþia de ecran magnetic. In vederea înlãturãrii acþiunii perturbatoare a câmpurilor electromagnetice exterioare, unele dispozitive ºi elemente elec­tronice se ecraneazã. Efectul de scãdere sau anulare a câmpului perturbator depinde direct de adîncimea de pãtrundere:
µ § 2.6
unde f este frecvenþa;

ó ¡ª conductivitatea electricã a materialului;

ì ¡ª permeabilitatea absolutã.

Dacã în înaltã frecvenþã ecranarea se poate realiza uºor cu materiale de mare conductivitate (câmpul produs de curenþii turbionari reducînd câmpul perturbator), în joasã frecvenþã (cf. rel. 2.6) ar rezulta o adîncime de pãtrundere mare, ceea ce ar duce la un ecran masiv. Acest inconvenient se înlãturã utilizînd ecrane de mare permeabilitate magneticã, care reduc adîncimea de pãtrundere.

Funcþia de traductor piezomagnetic. Materialele fero- ºi ferimagnetice suferã modificãri ale dimensiunilor exterioare sub influenþa variaþiei stãrii de magnetizare, fenomen denumit piezomagnetism. De regulã materialele piezo-magnetice îndeplinesc funcþia de traductor piezomagnetic invers, transfor-mînd energia electromagneticã în energie mecanicã (generatoare sonore fi ultrasonore).

Funcþia de traductor de temperaturã. Variaþia cu temperatura, la câmp constant, a permeabilitãþii relative a materialelor fero- ºi ferimagnetice, cu preponderenþã în apropierea temperaturii Curie, permit utilizarea acestora drept traductoare de temperaturã. Pe acelaºi efect se bazeazã ºi utilizarea lor drept elemente termocompensatoare în circuite cu magneþi permanenþi.

2.3. FEROMAGNETISMUL

2.3.1. MODELUL FIZIC AL FEROMAGNETISMULUI

Principalele materiale feromagnetice sunt fierul, nichelul, cobaltul, gado-liniul, precum ºi unele dintre aliajele lor. Datoritã deosebitei lor importanþe tehnice, prezintã interes atât elucidarea cauzelor apariþiei feromagnetismului (existenþa momentelor magnetice elementare spontane ºi orientarea lor omo-paralelã în domenii de magaetizaþie spontanã), cât ºi explicarea unor pro­prietãþi esenþiale (anizotropia magneticã, variaþia magnetizaþiei, funcþie de intensitatea câmpului exterior etc).

2.3.1.1. MOMENTUL MAGNETIC ELEMENTAR SPONTAN

Momentul magnetic elementar al unui atom este determinat de suma dintre momentul magnetic de spin al nucleului ºi momentele magnetice orbi­tale ºi de spin ale electronilor; dintre acestea, numai momentul magnetic de spin al electronilor prezintã importanþã în apariþia momentului magnetic elementar spontan, datoritã faptului cã momentul de spin al nucleului este foarte mic în raport cu cel al electronului, iar momentele magnetice orbitale se compenseazã în general.

Elementele care au substraturi electronice complet ocupate, nu au mo­ment magnetic spontan, datoritã faptului cã electronii (în numãr par pe fie­care substrat), neputîndu-se afla în aceeaºi stare cuanticã, au spinii orientaþi antiparalel, compensîndu-se reciproc. Electronii din substratul de valenþã (cvasiliberi), care formeazã gazul electronic, nu contribuie la apariþia momen­tului spontan. Rezultã cã numai acele elemente metalice prezintã moment spontan, care au substraturi interne incomplet ocupate de electroni (elemen­tele de tranziþie, pãmînturile rare, actinidele).

La elementele de tranziþie, cu substratul 3d incomplet ocupat, electronii îºi orienteazã spinii conform regulii lui Hund, determinînd stãri în care ener­gia lor este minimã. Elementele cu nr. de ordine 21 ... 25 (tabelul 2.2) au spinii orientaþi omoparalel, dcterminînd apariþia unui moment magnetic spontan. Cum fiecare electron are proiecþia, dupã direcþia comunã, a momentului mag­netic de spin egalã în modul cu magnetonul Bohr ìB, rezultã cã momentul magnetic elementar spontan mp al acestor elemente este un multiplu al magne-tonului Bohr, multiplu egal cu nu mãrul spinilor necompensaþi. Fierul, de
exemplu, are mp egal cu 4ìB, pentru cã din cei 6 electroni, 2 se compenseazã reciproc; cobaltul are mp = 3 ìB etc.

Existenþa momentului magnetic spontan este o condiþie necesarã, dar