Большая советсткая энциклопедия Кристаллическое поле

Кристаллическое поле

Кристаллическое поле, внутрикристаллическое поле, электрическое поле, существующее внутри кристаллов. Реже К. п. называют также образующееся внутри некоторых кристаллов магнитное поле. На коротких (порядка межатомных) расстояниях положительные и отрицательные заряды внутри кристалла не компенсируют друг друга и создают электрические поля. Напряжённость электрического поля в кристаллах может достигать значений ~ 10⁸ в/см и более.

Понятием К. п. пользуются при расчётах энергетического спектра парамагнитных ионов в ионных кристаллах и комплексных соединениях. В этом случае электрическое К. п. называют полем лигандов. К. п. называется слабым средним или сильным, если энергия взаимодействия электронов парамагнитного иона с К. п. меньше, сравнима или больше энергии спин-орбитального взаимодействия или электростатического взаимодействия электронов между собой. Для расчётов К. п. часто пользуются приближением точечных зарядов, когда реальные размеры ионов, атомов или их групп не учитываются и они рассматриваются как точечные заряды или электрические диполи, находящиеся в узлах кристаллической решётки. Потенциал К. п. обладает симметрией, определяющейся симметрией кристаллов. Величина и симметрия электрических К. п. в данной точке кристалла зависят от симметрии окружения этой точки и от деформаций в образце, возникающих, например, под влиянием внешних воздействий, от наличия примесей, дефектов и электрической поляризации кристалла. К. п. непрерывно колеблется в небольших пределах относительно своего среднего значения в соответствии с колебаниями кристаллической решётки.

Электрическое К. п. исследуют оптическими и радиоспектроскопическими методами [электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), ядерный магнитный резонанс (ЯМР) и ядерный квадрупольный резонанс (ЯКР)]. Для оценки величины и определения локальной симметрии К. п. оптическими методами и методом ЭПР в диамагнитный кристалл (матрицу) часто вводят небольшие количества парамагнитных ионов, которые используются в качестве "атомных зондов". Исследование величины и симметрии К. п. позволяет изучить структуру твёрдых тел и энергию взаимодействия ионов с кристаллическим окружением. Такие диамагнитные матрицы с примесью парамагнитных ионов являются основой твердотельных лазеров и квантовых усилителей СВЧ.

Магнитные К. п., значительные по величине, возникают в кристаллах, содержащих парамагнитные ионы и атомы. Различают сверхтонкие и дипольные магнитные К. п. Сверхтонкие поля (10⁵—10⁶ э) обусловлены т. н. сверхтонким взаимодействием магнитных моментов ядер и их электронного окружения и наблюдаются в основном на ядрах магнитных ионов. Дипольные магнитные поля создаются в окружающем пространстве парамагнитными ионами как и обычными магнитными диполями. Наибольшие значения дипольных полей 10³—10⁴ э, на расстояниях от магнитного иона ~10^-8 см. Эти значения полей характерны для магнитоупорядоченных кристаллов. В др. случаях магнитные поля быстро флуктуируют под действием тепловых колебаний и их средние значения близки к нулю. Магнитные К. п. в кристаллах исследуются методом ЯМР и с помощью Мёссбауэра эффекта.

Лит.: Бальхаузен К., Введение в теорию поля лигандов, пер. с англ., М., 1964; Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1971; Туров Е. А., Петров М. П., Ядерный магнитный резонанс в ферро- и антиферро-магнетиках, М., 1969.

М. П. Петров.