Desdobramento Quadrupolar

O desdobramento quadrupolar representa outra possibilidade de intera¸c˜ao eletrost´atica do n´ucleo com sua vizinhan¸ca, dessa intera¸c˜ao obtemos uma modifica¸c˜ao no espectro moss- bauer do n´ucleo em quest˜ao. Tal intera¸c˜ao do n´ucleo com sua vizinhan¸ca ´e chamada de intera¸c˜ao do momento quadrupolar do n´ucleo, Q, com o gradiente de campo el´etrico. O momento quadrupolar est´a diretamente ligado com a forma esf´erica do n´ucleo, assim, para um n´ucleo com simetria esf´erica seu momento quadrupolar ser´a nulo. A t´ıtulo de compara¸c˜ao, citado em Glodanskii, um determinado n´ucleo ter´a momento nuclear oisi- tivo quando possuir uma forma semelhante a um ”charuto”, e para momento quadrupolar negativo sua forma ser´a semelhante a uma ”panqueca”.[31]

Em experiˆencias de Efeito M¨ossbauer, onde exista um gradiente de campo el´etrico na regi˜ao do n´ucleo, iremos encontrar duas linhas de absor¸c˜ao que correspondem as transi¸c˜oes π(±3/2 −→ ±1/2) e σ(±1/2 −→ ±1/2).

A separa¸c˜ao entre essas linhas ´e chamada de desdobramnto quadrupolar, e ´e dado por:

∆ = 1 2e

2

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3

Propriedades Magn´eticas

Ferromagnetismo ´e a existˆencia de uma magnetiza¸c˜ao espontˆanea em pequenas regi˜oes de um material, magnetiza¸c˜ao que persiste mesmo na ausˆencia de um campo de indu¸c˜ao externo. As principais caracter´ısticas conhecidas do ferromagnetismo s˜ao por exemplo, a magnetiza¸c˜ao espontˆanea que em materiais ferromagn´eticos varia com a temperatura. Tal magnetiza¸c˜ao atinge um m´aximo em T = 0K e cai a zero a uma temperatura tc,

denominada temperatuta de Curie ferromagn´etica. Temos tamb´em a rela¸c˜ao de Curie modificada, na qual a rela¸c˜ao χ = C/(T − Tc) expressa a rela¸c˜ao de Curie, essa rela¸c˜ao na

qual χ n˜ao ´e definida para temperaturas inferiores a tc, quando o material ferromagn´etico

tem uma magnetiza¸c˜ao permanente. Vale ainda ressaltar que um material ferromagn´etico n˜ao tem todo o seu volume magnetizado na mesma dire¸c˜ao mas tem muitas pequenas regi˜oes de dire¸c˜ao de magnetiza¸c˜ao uniforme que s˜ao denominadas de dom´ınios, que podem estar orientados ao acaso uns em rela¸c˜ao aos outros.

Os ´unicos elementos ferromagn´eticos s˜ao ferro, cobalto, n´ıquel, gadol´ıneo e disp´osio.[31]

3.0.4

Paramagnetismo

Materiais paramagn´eticos tˆem valores muito pequenos e positivos de suscetibilidade magn´etica χm. Os ´atomos ou mol´eculas em um material paramagn´etico tˆem um mo-

mento de dipolo magn´etico intr´ınseco, os el´etrons desemparelhados em ´orbitas incom- pletas produzem estes momentos magn´eticos. Materiais magn´eticos como a faialita, anfib´olitos, pirozenos, olivinas, garnetes e biotita apresentam estas propriedades. Um campo magn´etico externo aplicado a um material paramagn´etico exerce torques sobre suas mol´eculas que tende em alinhar seus momentos de dipolo com o campo. Nem todas as mol´eculas v˜ao se alinhar perfeitamente na dire¸c˜ao do campo porque a agita¸c˜ao t´ermica destas mol´eculas tˆem energia t´ermica interna (3/2kT ) que tende a desalinhar os dipo- los. A energisa potencial U de um momento de dipolo magn´etico m em ˆangulo θ com o

3 Propriedades Magn´eticas 33

campo magn´etico uniforme B ´e U = −m.B = −mB cos θ. Quando m ´e paralelo com B, esta energia ´e −mB; e quando ´e anteparalela ´e +mB. Portanto, uma energia de 2mB ´e necess´aria para reverter a dire¸c˜ao de um dipolo magn´etico depois que ele estiver alinhado com o campo magn´etico. C´alculos mostram que para um campo magn´etico molecular de um magn´eton de Bohr, em um campo magn´etico de um tesla e temperaturas da ordem de 300K, kT ´e cerca de 200 vezes maior do que 2mB. Sob certas condi¸c˜oes o alinhamento ´e muito fraco, isto explica por que os valores da suscetibilidade de alguns materiais para- magn´eticos s˜ao da ordem de 10−5_{. A magnetiza¸c˜ao em campos magn´eticos fracos varia}

inversamente com a temperatura de acordo com a equa¸c˜ao:[32]

M = 1 3

mB

kT Ms (3.1)

3.0.5

Ferromagnetismo

Materiais ferromagn´eticos tˆem valores altos, positivos de suscetibilidade magn´etica χm. Nestes materiais, um pequeno campo magn´etico externo aplicado pode produzir um

alto grau de alinhamento dos momentos de dipolos magn´eticos atˆomicos. Isto ´e porque, difere dos ´atomos dos materiais paramagn´eticos, os momentos dos spins dos el´etrons de- semparelhados est˜ao acoplados magneticamente devido a uma intera¸c˜ao bastante forte en- tre ´atomos adjacentes que sobrep˜oem as ´orbitas dos el´etrons. Em um pequeno gr˜ao no qual ocorre o acoplamento magn´etico, forman-se regi˜oes, chamadas de dom´ınios magn´eticos e tem dimens˜oes da ordem de 1 m´ıcron.

Isto produz uma forte magnetiza¸c˜ao espontˆanea que pode existir mesmo quando n˜ao existe um campo magn´etico aplicado. O acoplamento magn´etico pode ocorrer mesmo que os momentos dos spins estejam alinhados de forma paralela ou antiparalela. Para temperaturas acima de uma temperatura cr´ıtica chamada temperatura de Curie (Tc),

a agita¸c˜ao t´ermica dos ´atomos e mol´eculas ´e suficiente para desmanchar os dom´ınios e evitar que outros venham a se formar. Quando um material ferromagn´etico ´e colocado dentro de um solen´oide a magnetiza¸c˜ao do material aumenta com o aumento da corrente no solen´oide, e portanto, quando aumenta o campo magn´etico aplicado. A magnetiza¸c˜ao n˜ao aumenta linearmente com o campo aplicado, porque a magnetiza¸c˜ao se aproxima da satura¸c˜ao do material, deixando de crescer. Se, depois da satura¸c˜ao alcan¸cada, o campo magn´etico aplicado retornar a zero, o material permanece magnetizado com alguma magnetiza¸c˜ao residual, este efeito ´e chamado de histerese. O campo magn´etico Br devido

3 Propriedades Magn´eticas 34

3.0.6

Diamagnetismo

Materiais diamagn´eticos tˆem pequenos valores negativos de suscetibilidade χm. Todas

as camadas de el´etrons est˜ao completas, portanto n˜ao existem el´etrons desemparelhados. Quando um campo magn´etico ´e aplicado a estes materiais uma magnetiza¸cao ´e induzida. De acordo com a lei de Lenz, em um material diamagn´etico estas correntes produzem um fluxo magn´etico que se op˜oem ao aumento do campo aplicado. Os ´atomos ou mol´eculas dos materiais diamagn´eticos n˜ao tem momento de dipolo magn´etico intr´ınseco, portanto a magnetiza¸c˜ao destes materiais ´e exclusivamente devido aos momentos de dipolo magn´etico induzidos.

Um supercondutor ´e um material diamagn´etico perfeito. Um campo magn´etico apli- cado induz correntes em um supercondutor que reduz o campo magn´etico total dentro do supercondutor a zero, portanto, a suscetibilidade magn´etica de um supercondutor ´e −1.[34]