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Canje magnético

Acepciones

Los términos canje y canje magnético se usan en diferentes contextos dentro del campo de la magnetoquímica:

• fenomenológicamente: el canje magnético es proporcional a la diferencia de energía entre los estados ferromagnético y antiferromagnético,
• interacción: el canje magnético es una de las interacciones o procesos fundamentales en compuestos magnéticos, como lo son también la transferencia electrónica o la interacción espín-órbita,
• ruta: según la interacción magnética tenga lugar por solapamiento directo entre los orbitales magnéticos o a través de un ligando puente, distinguimos entre canje y supercanje, respectivamente,
• modelos efectivos: se racionaliza la interacción magnética dividiéndola en diferentes contribuciones de "canje", atribuíbles a diferentes excitaciones de electrones a orbitales (canje isótropo, anisótropo, bicuadrático, antisimétrico, interacción bipolar y "exchange transfer"),
• integrales: en un tratamiento ab initio de la interacción entre dos átomos, encontramos diferentes integrales, algunas de las cuales llamamos "de transferencia", "de Coulomb" o "de canje" (o canje potencial), que no corresponden exactamente con el sentido de estos términos en otros contextos.

Hamiltoniano modelo (fenomenológico) de canje magnético

No hay unidad en el criterio para el hamiltoniano de canje magnético entre físicos y diferentes escuelas de magnetoquímicos. Todas las posibilidades coinciden en que el canje J es proporcional a la diferencia de energía entre los estados de diferente espín.

Interacción de canje magnético

La interacción de canje magnético (del inglés magnetic exchange) es la que ocurre entre electrones desapareados localizados en diferentes átomos o iones. Un modelo simplificado se muestra en la figura (a), en el que vemos que, partiendo de dos estados, cada uno de ellos correspondiente a un electrón sobre un centro magnético, llegamos a dos estados, uno de ellos con los momentos magnéticos de los electrones apareados ferromagnéticamente (paralelos) y otro antiferromagnéticamente (antiparalelos).

La figura (b) da una imagen un poco más detallada, poniendo énfasis en la naturaleza fermiónica de los electrones, y expresando los estados como determinantes de Slater. Así, se ve que el estado ferromagnético es un triplete, y el antiferromagnético un singulete.

La interacción de canje magnético entre dos electrones desparejados se debe principalmente a la repulsión de Coulomb entre sus cargas eléctricas, funcionando bajo las leyes de la mecánica cuántica. La contribución de la interacción magnética "directa", "dipolar" o "a través del espacio" es comparativamente muy débil, y puede ser despreciada de forma casi general (aunque en los casos de interacciones entre un gran número de espines, como es el caso de planos ferromagnéticos, con un momento magnético muy grande, la interacción "a través del espacio" toma importancia.

Integral de canje (cuántica)

En este contexto, la integral de canje que estabiliza el triplete de acuerdo con la regla de Hund es:

Magnetismo