Магнитное поле это особый вид материи: Билет №1 Магнитное поле как вид материи. Вокруг чего существует магнитное поле? На что оно действует? — Администратор — Каталог статей

Электромагнитное поле как особый вид материи

Переменное магнитное поле создает вихревое электрическое поле. Линии этого поля замкнуты, оно существует независимо от электрических зарядов и только до тех пор, пока происходит изменение магнитного поля. На электрические заряды оно действует так же, как электростатическое поле, что следует из явления электромагнитной индукции.

Изучая взаимосвязь между электрическим и магнитным полями, Д. Максвелл создал теорию электромагнитного поля на основе двух постулатов (утверждений):

1) переменное магнитное поле создает в окружающем его пространстве вихревое электрическое поле;

2) переменное электрическое поле создает в окружающем его пространстве вихревое магнитное поле.

Когда конденсатор включен в цепь переменного тока, то между его обкладками имеется переменное электрическое поле, а это означает, что в том же пространстве должно быть магнитное поле. Таким образом, изменяющееся электрическое поле по его магнитному действию можно рассматривать как своеобразный электрический ток без зарядов. В отличие от тока проводимости Максвелл стал называть его током смещения. Итак, применяя термин «электрический ток» в широком смысле слова, т. е. включая в него и ток проводимости и ток смещения, можно утверждать, что магнитное поле создается только электрическим током и действует только на движущиеся заряды электрическое же поле создается электрическими зарядами и переменным магнитным полем и действует на любые электрические заряды.

Описанное выше изменение электрического поля в конденсаторе создает в близлежащих точках окружающего пространства изменяющееся магнитное поле, которое в свою очередь создает в соседних точках электрическое поле, и т. д. Таким образом, во всем пространстве, где происходят изменения полей, одновременно существуют вихревые электрическое и магнитное поля, взаимно порождающие и поддерживающие друг друга. Поскольку эти поля неразрывно связаны, их общее поле условились называть электромагнитным полем.

Из сказанного выше следует, что если в какой-либо малой области пространства периодически изменять электрическое и магнитное поля, то эти изменения должны периодически повторяться и во всех других точках пространства, причем в каждой последующей точке несколько позже, чем в предыдущей. Иными словами, если создать электромагнитные колебания в какой-либо небольшой области, то от нее должны распространяться во все стороны электромагнитные волны с определенной скоростью. Итак, из постулатов Максвелла следует, что в природе должны существовать электромагнитные волны.

С помощью созданной теории Максвелл доказал, что скорость распространения электромагнитных волн в вакууме равна скорости света c:

c ≈ 3*10⁸ м/с = 300 000 км/с

Поскольку электрическое и магнитное поля обладают энергией, то в пространстве, где распространяются волны, имеется определенное количество электрической и магнитной энергии, которое переносится волнами от точки к точке в сторону их распространения.

Опыты и дальнейшее развитие теории Максвелла подтвердили справедливость приведенных выше постулатов Максвелла.

Электромагнитные явления подчиняются своим закономерностям, характеризующим особую форму движения материи — электромагнитную, которая отлична от механической формы движения. Выясним теперь, как с помощью колебательного контура можно создавать электромагнитные волны.

Метки: егэзномагнитная энергиямагнитное полеМаксвеллматерияпомощьпостулатыпостулаты МаксвеллаработаСкорость светатеория Максвеллатеория электромагнитного поляток проводимостиэкзаменэлектрическая энергияЭлектрическое полеэлектромагнитное колебанияэлектромагнитное полеЭлектромагнитное поле как особый вид материиЭлектромагнитные волныэнергия

6) Магнитное поле как вид материи. Вокруг чего существует магнитное поле? На что оно действует?

Магнитное поле — это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом.  Магни́тное по́ле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения.[1] Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц, либо магнитными моментами электронов в атомах (постоянные магниты). Кроме этого, оно появляется при наличии изменяющегося во времени электрического поля. С точки зрения квантовой теории поля электромагнитное взаимодействие переносится без массовым бозон-фотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля). Основной характеристикой магнитного поля является его сила, определяемая вектором магнитной индукции (вектор индукции магнитного поля)[2]. В СИ магнитная индукция измеряется в теслах (Тл), в системе СГС в гауссах.  Магнитное поле — это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом.  Можно также рассматривать магнитное поле как релятивистскую составляющую электрического поля. Точнее, магнитные поля являются необходимым следствием существования электрических полей и специальной теории относительности. Вместе, магнитное и электрическое поля образуют электромагнитное поле, проявлениями которого являются свет и прочие электромагнитные волны.

  Чем создаётся  Магнитное поле формируется изменяющимся во времени электрическим полем либо собственными магнитными моментами частиц. Кроме того, магнитное поле может создаваться током заряженных частиц.  Приращение плотности энергии магнитного поля равно:  где:  — напряжённость магнитного поля,  — магнитная индукция  В изотропном линейном магнетике:  где:  μ — относительная магнитная проницаемость  В вакууме μ = 1 и:  Энергию магнитного поля в катушке индуктивности можно найти по формуле:  где:  Φ — магнитный поток,  I — ток,  L — индуктивность катушки или витка с током.

Линии индукции магнитного поля (магнитные силовые линии)  Ответ:  Линии магнитной индукции — линии, касательные к которым направлены также как и вектор магнитной индукции в данной точке поля. Магнитные поля, так же как и электрические, можно изображать графически при помощи линий магнитной индукции. Через каждую точку магнитного поля можно провести линию индукции. Так как индукция поля в любой точке имеет определённое направление, то и направление линии индукции в каждой точке данного поля может быть только единственным, а значит, линии магнитного поля, так же как и электрического поля, линии индукции магнитного поля прочерчивают с такой густотой, чтобы число линий, пересекающих единицу поверхности, перпендикулярной к ним, было равно (или пропорционально) индукции магнитного поля в данном месте.

Поэтому, изображая линии индукции, можно наглядно представить, как меняется в пространстве индукция, а следовательно, и напряжённость магнитного поля по модулю и направлению.  Силовые линии электрических и магнитных полей — линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением напряженности электрического или соответствующего магнитного поля; качественно характеризуют распределение электромагнитного поля в пространстве. Силовые линии — только наглядный способ изображения силовых полей.  Линии магнитной индукции — линии, касательные к которым в данной точке совпадают по направлению с вектором B (направление магнитной индукции) в этой точке. Направление линии магнитной индукции связано с направлением тока в проводнике.  Направление линии магнитной индукции определяется по правилу правой руки (правило буравчика).  Линии магнитной индукции прямого проводника с током представляют концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной току.  Линии магнитной индукции всегда замкнуты и охватывают проводники с токами. Это отличает их от линий напряженности (силовых линий) электрического поля. Замкнутость линий магнитной индукции означает то, что в природе не существует магнитных зарядов.

Магнетизм: бесконтактная сила

Эта идея фокуса исследуется через:

• Противопоставление студенческих и научных взглядов
• Критические идеи обучения
• Педагогическая деятельность

Противопоставление студенческих и научных взглядов

Повседневный опыт студентов

У многих юных студентов был незабываемый, но часто сбивающий с толку опыт работы с магнитами и магнитными материалами. Магнитные материалы регулярно встречаются в доме, часто удерживая мелкие предметы на кухонном холодильнике или закрывая дверцы шкафов и холодильников. Во многих детских игрушках используются слабые магниты для «склеивания» материалов (например, деревянные вагоны поезда) или они используются в простых детских игрушках-конструкторах, позволяющих им быстро собирать более сложные конструкции без использования грязного клея или сложных соединений.

Игрушки очень редко используют магнитное отталкивание.

Многим младшим школьникам еще предстоит сформировать четкое представление, а во многих случаях вообще какое-либо представление о том, как магниты взаимодействуют с материей или друг с другом. Они не видят необходимости различать магнитные силы и электростатические силы (или гравитацию). Для них это часто кажется обычным опытом одной и той же невидимой неконтактной силы, обычно только притяжения. Например, воздушный шар, «натертый» тканью, в результате чего он притягивается к другому объекту, часто ошибочно описывается учащимися (и даже некоторыми взрослыми) как «намагниченный» каким-то образом.

Путаница учащихся в отношении бесконтактных сил исследуется в основной идее Электростатика – уровень 4.

Хорошо известно, что учащиеся старшего возраста придерживаются различных взглядов на магнетизм, которые значительно различаются по своей сложности: от магнитных моделей с окружающими их «облаками» действия до идей об «электрических лучах» и «полях». . Однако многие младшие школьники просто связывают магнетизм с «силой притяжения». Понятно, что их наивная модель не обладает ни предсказательной, ни объяснительной силой, и они, как правило, не видят необходимости делать что-то большее, чем идентифицировать и обозначать привлекательное или менее частое отталкивающее поведение как магнетическое.

Исследование: Эриксон (1994), Борхес и Гилберт (1998), Хаупт (2006 г.), Ван Хук и Хузиак-Кларк (2007), Эшбрук (2005), Хики и Шибечи (1999), Maloney, O’Kuma, Heieggelke & Van Heuvelen (2001)

Научный взгляд

Мы часто сталкиваемся с магнитные поля в нашем повседневном опыте (например, магнитное поле Земли и магнитные поля, создаваемые электрическим током). Однако подавляющее большинство магнитных полей вокруг нас просто слишком слабы, чтобы вызвать какие-либо наблюдаемые эффекты, или остаются «удаленными от нас», потому что они используются в более сложных машинах, таких как электродвигатели и компьютерные жесткие диски.

Магнитное притяжение и отталкивание — одна из трех основных неконтактных сил в природе. Две другие силы равны электростатический и гравитационный (см. фокусную идею Силы без контакта на уровне 4, Электростатика – Уровень 4 и Гравитация — Уровень 6).

Подавляющее большинство магнитов, с которыми мы сталкиваемся (например, магниты на холодильник, дверные защелки и магнитные игрушки), изготовлены из материалов, ферромагнитный. Эти материалы основаны на смесях железа, никеля или кобальта, поскольку это единственные три известных ферромагнитных элемента. С их помощью и добавлением более дорогих редкоземельных элементов можно изготовить более сильные промышленные магниты.

Атомы в ферромагнитных материалах отличаются тем, что они могут вести себя как маленькие магниты. Обычно магнитное поле вокруг каждого атома направлено в случайном направлении, в результате чего они компенсируют друг друга (см. рис. 1). Однако, если окружающее магнитное поле достаточно сильное, они могут выровняться таким образом, что каждый из них будет способствовать созданию более сильного магнитного поля в материале (см. рис. 2). Они также могут оставаться выровненными, когда окружающее поле удаляется, создавая постоянный магнит.

Типичные магниты, встречающиеся в доме или используемые в гитарных звукоснимателях или средствах для чистки стекол аквариумов, изготовлены из ферромагнитных материалов и могут создавать постоянные магнитные поля с напряженностью, в 3000 раз превышающей магнитное поле Земли.

Ферромагнитные материалы обычно очень хрупкие и легко раскалываются или ломаются при падении или ударе друг о друга. Они также теряют свои постоянные магнитные свойства при сильном нагревании. Все эти действия приводят к тому, что отдельные атомы теряют свое выравнивание.

Говорят, что магнитные поля, окружающие все магниты, имеют два полюса, называемые северным и южным. Эти названия происходят из наблюдения, что магниты будут ориентироваться в направлении слабого магнитного поля Земли, если им будет позволено свободно качаться, т.е. магнитные компасы для определения направления полагаются на этот принцип работы.

«Северный полюс» магнита носит это название, потому что он всегда указывает на северный географический магнитный полюс Земли.
Одинаковые магнитные полюса отталкиваются, а разные магнитные полюса притягиваются.

Важные обучающие идеи

• Магнитные силы — это бесконтактные силы; они тянут или толкают предметы, не касаясь их.
• Магниты притягиваются только к нескольким «магнитным» металлам, а не ко всей материи.
• Магниты притягиваются и отталкиваются от других магнитов.

В стандартах до уровня 3 включительно уместно поощрять учащихся наблюдать и исследовать магнитные явления в игровой форме. Учащимся следует помочь развить простое понимание наблюдаемого притяжения магнитов к некоторым «особым» металлам (не ко всем металлам), а также их притяжения и отталкивания к другим магнитам. Учащихся следует поощрять различать магнитные силы, электростатические и гравитационные силы как отличающиеся друг от друга, но являющиеся примерами сил, которые могут действовать без физического контакта, то есть примерами бесконтактных сил.

Исследуйте взаимосвязь между представлениями о магнетизме и бесконтактными силами в Карты развития концепции – электричество и магнетизм.

Преподавательская деятельность

Предложите открытую проблему для изучения в игровой форме или путем решения задач

Предоставьте учащимся различные материалы, чтобы они могли исследовать, какие из них обладают магнитными свойствами. Эти материалы могут включать образцы: бумаги, пластика, полистирола, дерева, стекла, веревки, листьев, керамики, камня и некоторых предметов из железа или стали. Старайтесь использовать только металлические предметы, сделанные из железа или стали, чтобы учащиеся могли видеть, что состоять из твердого металлического материала — это обычное свойство.

Дайте учащимся пакет с образцами (скажем, 12–15) и попросите их протестировать образцы с помощью стержневого магнита или магнита на холодильник, чтобы определить, какие из них притягиваются к магниту. Попросите их разделить предметы на две отдельные группы: те, которые кажутся притягивающимися к магниту, и те, которые не притягиваются.

Предложите учащимся предложить общие черты предметов в группе, которые были притянуты магнитом. Их цвет, вес или вещество, из которого они сделаны, могут иметь значение? Предложите учащимся предложить и проверить свои идеи, чтобы определить возможные общие свойства.

Затем спросите учащихся, все ли предметы из металлических материалов обладают магнитными свойствами. Был ли у кого-нибудь из студентов опыт, который свидетельствует об обратном? Теперь дайте учащимся несколько предметов, сделанных из разных металлов, и попросите их рассортировать предметы на две кучки, предсказывая, какие предметы будут притягиваться к магниту, а какие нет. Некоторыми примерами металлов и их источников могут быть: алюминиевые банки или фольга, латунные ключи, медные гвозди или проволока, стальные винты или гвозди, цинковое покрытие или припой, железные болты или гвозди, свинцовые рыболовные грузила и никелевые сварочные прутки.

После сортировки объектов учащиеся могут проверить их, чтобы убедиться, что они правильно предсказали, какие материалы обладают магнитными свойствами.

Цель здесь состоит в том, чтобы побудить учащихся испытать различные материалы и посредством исследования признать, что лишь немногие металлы обладают магнитными свойствами. Важно отметить, что в нашем повседневном опыте большинство металлов кажутся магнитными, потому что наиболее широко используемым металлом является сталь, содержащая железо.

Открытое обсуждение через общий опыт

Большинство учащихся знакомы с магнитами, «притягивающими» магнитные материалы или притягивающимися к некоторым металлическим поверхностям, таким как холодильники и белые доски, но они гораздо меньше знакомы с магнитными силами, которые отталкивают друг друга. Это усложняется для студентов, потому что они должны иметь по крайней мере два магнита сопоставимой силы, а многие из известных рекламных магнитов на холодильник, используемые для простых исследований, слабы и сконструированы таким образом, что у них нет идентифицируемых магнитных полюсов.

Попробуйте приобрести несколько магнитов для чистки стекол «аквариума», которые поставляются парами, или «магниты для коров», которые можно приобрести в некоторых магазинах сельскохозяйственной продукции. Поверхности этих магнитов хорошо защищены и снижают риск того, что учащиеся случайно защемят пальцы или что магниты оторвутся от осколков при грубом обращении.

Попросите учащихся выяснить, что им нужно сделать, чтобы заставить магниты притягиваться и отталкиваться друг от друга. Попросите их обозначить разные концы каждого магнита идентификационными наклейками. Насколько хорошо ученики могут предсказать, что произойдет, если магниты приблизить друг к другу?

Теперь предложите учащимся прикрепить клейкой лентой один магнит на крыше игрушечной машинки. Используйте ручной магнит, чтобы толкать автомобиль, не касаясь его, или притягивать автомобиль к себе, изменяя его ориентацию. Могут ли учащиеся предсказать, будет ли магнит на машине притягиваться или отталкиваться при приближении нового магнита?

Цель этого урока состоит в том, чтобы учащиеся осознали, что магниты могут как отталкивать, так и притягивать друг друга. На этом уровне учащиеся не считают важным помнить, что одинаковые полюса отталкиваются, а разные полюса притягиваются, но признают, что магниты могут отталкиваться и притягиваться, не вступая в физический контакт, и что важна их ориентация.

Открытое обсуждение через общий опыт

Студентам можно предложить исследовать, проходят ли магнитные силы через другие немагнитные материалы. Чтобы заинтересовать учащихся, поместите магнит (например, магнит для чистки стекол аквариума) на школьный стол. Поместите другой магнит (другой магнит для чистки стекла) под столом, чтобы они сильно притягивались друг к другу. Расположите магнит так, чтобы вы могли перемещать магнит под столом коленом или другой рукой. Магнит на столешнице будет следовать за движением магнита внизу. Это загадочное движение магнита по столу произведет впечатление на студентов, но в конце концов они откроют «фокус» второго магнита под столом.

Предложите учащимся прикрепить магнит к подставке или к верхней части небольшой бутылки с водой, используя клейкую ленту или клейкую ленту, чтобы он свисал с боковой поверхности бутылки. Затем попросите их прикрепить скрепку к отрезку хлопка, длина которого достаточна для того, чтобы дотянуться от столешницы до магнита. Наконец, прикрепите вату к столу с помощью «синего гвоздя», чтобы скрепка чуть не достала до магнита и казалась подвешенной в воздухе с зазором между ней и магнитом.

Предложите учащимся исследовать, остановят ли различные материалы силу магнитного притяжения, если их поместить между магнитом и скрепкой. Попробуйте листы бумаги, стекло, плитку, алюминиевую фольгу, медные и цинковые листы. Влияет ли какой-либо из этих материалов на уменьшение магнитной силы?

Цель этого урока состоит в том, чтобы учащиеся заметили, что магнитные силы остаются беспрепятственными и могут проходить через большинство материалов без какого-либо эффекта.

Помощь учащимся в отработке некоторых «научных» объяснений для себя

Соберите несколько проволочных вешалок без покрытия, разрежьте и выпрямите их на короткие отрезки длиной от 10 до 20 см. Раздайте пару штук учащимся, работающим парами или тройками, убедившись, что они имеют разную длину. Также раздайте каждой группе несколько (от 5 до 8) маленьких скрепок. Намеренно не раздавайте магниты, чтобы ученики не коснулись отрезков проводов.

Предложите учащимся выяснить, притягивает ли любой из отрезков проволоки скрепки. Если отрезки проволоки ранее не соприкасались ни с какими магнитами, то они не должны проявлять магнитных свойств и не мешать скрепкам.

Теперь раздайте постоянный магнит каждой из групп учащихся и продемонстрируйте, как можно использовать один конец магнита, чтобы перемещать провод последовательно в одном направлении, вызывая его намагничивание. Затем учащиеся могут повторить это со своими отрезками проволоки и определить, удалось ли им сделать магнит, проверив его способность притягивать или поднимать несколько скрепок.

Этот метод намагничивания согласуется с идеей использования магнитного поля (от магнита) для более точного выравнивания направления атомов, действующих как крошечные магниты в проводе. Делиться этим объяснением со студентами не рекомендуется.

Предложите учащимся описать, что они сделали, и обсудите, насколько успешно они сделали магнит.

Сбор доказательств и данных для анализа

После того, как учащиеся успешно превратят один отрезок проволоки в постоянный магнит, поставьте перед ними задачу сделать самый мощный магнит, какой они смогут. Они могут снова проверить свой успех, притянув и подняв как можно больше скрепок своими проволочными магнитами. Попросите учащихся из каждой группы записать, сколько скрепок может поднять их магнит. Предложите учащимся исследовать различные свойства проводов, которые могут помочь в создании более качественных магнитов, например. сравните количество поглаживаний каждого провода, длину проводов и методы, используемые для поглаживания каждого провода.

Предложите учащимся проверить свои идеи и сравнить результаты.

Ученые открыли экзотическое магнитное состояние материи 22 февраля 2022 г.

Ученые определили долгожданное магнитное состояние, предсказанное почти 60 лет назад.

Ученые из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США обнаружили давно предсказанное магнитное состояние вещества, называемое «антиферромагнитный экситонный изолятор».

«Вообще говоря, это новый тип магнита», — сказал физик Брукхейвенской лаборатории Марк Дин, старший автор статьи, описывающей исследование, только что опубликованное в журнале Nature Communications

Nature Communications. междисциплинарный научный журнал, издаваемый Nature Research. Он охватывает естественные науки, включая физику, биологию, химию, медицину и науки о Земле. Он начал издаваться в 2010 году и имеет редакционные офисы в Лондоне, Берлине, Нью-Йорке и Шанхае. 

» data-gt-translate-attributes='[{«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»}]’>Nature Communications. «Поскольку магнитные материалы лежат в основе большинства технологий вокруг нас новые типы магнитов интересны и многообещающи для будущих применений».

Новое магнитное состояние включает в себя сильное магнитное притяжение между электронами в слоистом материале, которое заставляет электроны выстраивать свои магнитные моменты или «спины» в регулярную «антиферромагнитную» структуру вверх-вниз. причудливая электронная связь в изоляционном материале была впервые предсказана в 19В 60-х годах физики исследовали различные свойства металлов, полупроводников и изоляторов.

Представление художника о том, как команда идентифицировала эту историческую фазу материи. Исследователи использовали рентгеновские лучи, чтобы измерить, как двигаются спины (синие стрелки), когда они возмущены, и смогли показать, что их длина колеблется в соответствии с рисунком, показанным выше. Это особое поведение возникает из-за того, что количество электрического заряда на каждом участке (показанном желтыми дисками) также может варьироваться и является отпечатком, используемым для определения нового поведения. Предоставлено: Брукхейвенская национальная лаборатория 9.0003

«Шестьдесят лет назад физики только начинали задумываться о том, как правила квантовой механики применяются к электронным свойствам материалов», — сказал Дэниел Маццоне, бывший физик из Брукхейвенской лаборатории, который руководил исследованием, а сейчас работает в Институте Пола Шеррера в Швейцария. «Они пытались выяснить, что происходит, когда электронный «энергетический зазор» между изолятором и проводником становится все меньше и меньше. Вы просто превращаете простой изолятор в простой металл, в котором электроны могут свободно двигаться, или происходит что-то более интересное?»

Было предсказано, что при определенных условиях можно получить нечто более интересное, а именно, «антиферромагнитный экситонный изолятор», только что обнаруженный группой из Брукхейвена.

Почему этот материал такой экзотический и интересный? Чтобы понять, давайте погрузимся в эти термины и исследуем, как формируется это новое состояние материи.

В антиферромагнетике оси магнитной поляризации электронов на соседних атомах (спины) ориентированы в чередующихся направлениях: вверх, вниз, вверх, вниз и так далее. В масштабе всего материала эти чередующиеся внутренние магнитные ориентации компенсируют друг друга, что приводит к отсутствию чистого магнетизма всего материала. Такие материалы можно быстро переключать между различными состояниями. Они также устойчивы к потере информации из-за помех от внешних магнитных полей. Эти свойства делают антиферромагнитные материалы привлекательными для современных технологий связи.

В состав исследовательской группы входят: Даниэль Маццоне (ранее работавший в Брукхейвенской лаборатории, сейчас в Институте Пола Шеррера в Швейцарии), Яо Шен (Брукхейвенская лаборатория), Гилберто Фаббрис (Аргоннская национальная лаборатория), Хидемаро Сува (Токийский университет и Университет Теннесси), Ху Мяо (Национальная лаборатория Ок-Риджа — ORNL), Дженнифер Сирс* (Брукхейвенская лаборатория), Цзянь Лю (Университет Теннесси), Кристиан Батиста (Университет Теннесси и ORNL) и Марк Дин (Брукхейвенская лаборатория). Кредит: различные источники, включая *DESY, Marta Mayer

Далее идет экситон. Экситоны возникают, когда определенные условия позволяют электронам двигаться и сильно взаимодействовать друг с другом, образуя связанные состояния. Электроны также могут образовывать связанные состояния с «дырками» — вакансиями, остающимися после того, как электроны переходят на другое положение или энергетический уровень в материале. В случае электрон-электронных взаимодействий связь обусловлена ​​магнитным притяжением, достаточно сильным, чтобы преодолеть силу отталкивания между двумя одноименно заряженными частицами. В случае электронно-дырочных взаимодействий притяжение должно быть достаточно сильным, чтобы преодолеть «энергетическую щель» материала, характерную для изолятора.

«Изолятор противоположен металлу; это материал, который не проводит электричество», — сказал Дин. Электроны в материале обычно остаются в низком, или «основном», энергетическом состоянии. «Все электроны застряли на месте, как люди в заполненном амфитеатре; они не могут передвигаться», — сказал он. Чтобы заставить электроны двигаться, вы должны дать им заряд энергии, достаточно большой, чтобы преодолеть характерный разрыв между основным состоянием и более высоким энергетическим уровнем.

В особых случаях выигрыш в энергии от магнитных электронно-дырочных взаимодействий может перевесить энергетические затраты электронов, перепрыгивающих через энергетическую щель.