鐵磁性磁性耦合機(jī)理(編輯修改稿)
2025-05-27 07:26 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 是 3d 帶的劈裂 。造成自旋向上的電子比自旋向下的電子數(shù)目多， 在 3d能帶中形成未被抵消的自發(fā)磁矩，因而可能發(fā)生自發(fā)磁化。4s 能帶的分裂可以忽略不計(jì)不妥Cu： 3d104s1 以上兩圖摘自 Kittel 書 8 版 p227,228, Ni的數(shù)據(jù)和后面表中數(shù)據(jù)稍有不同，是不同計(jì)算結(jié)果所致。Ni： 3d84s2 TTCTTC注意 Ni的數(shù)據(jù)和前面圖稍有不同 見戴書 p3266， 7， 8，9， 10， 11該表取自 《 凝聚態(tài)物理上卷 》 p525 雖說從能帶觀點(diǎn)可以解釋清楚過渡金屬的平均原子磁矩為什么不是整數(shù)， 但要說明能帶中的電子是如何產(chǎn)生交換作用的，及如何說明巡游電子的磁性卻不是一件容易的事情 ，至今仍一直是磁學(xué)界深入研究的重要理論課題，目前一種普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為 這和電子間的關(guān)聯(lián)效應(yīng)有關(guān) 。 同一原子內(nèi) 3d 電子自旋通過原子內(nèi)交換作用相互耦合形成有序排列，它在巡游期間電子自旋的方向保持不變，這又會和另外一個原子內(nèi)的 3d 電子自旋相互耦合而有序，于是形成鐵磁性 。 由于這種耦合來自原子內(nèi)電子之間的交換作用，所以 3d 金屬的居里點(diǎn)比較高 。 3d電子既不像 4s 電子那樣可以用自由電子近似來處理，也不像 4f電子那樣可以完全看作是局域電子， 所以我們稱之為 巡游電子 。 出現(xiàn)能帶劈裂，發(fā)生自發(fā)磁化是有一定條件的， 1936年Stoner采用能帶模型討論了金屬的鐵磁性，把 3d電子看作是在金屬晶格中巡游， 假定 簡并的能帶在交換作用下，發(fā)生分裂，給出了 0 K出現(xiàn)鐵磁性的穩(wěn)定條件： (按姜書 p185寫法）其中： U 是 同一格點(diǎn)周圍能帶電子之間的庫侖作用能 。 g(EF)是費(fèi)米面處電子態(tài)密度。 這個判據(jù)可以解釋為：1. 足夠大的正分子場系數(shù)（或說交換常數(shù)）2. 費(fèi)米面處電子態(tài)密度足夠大。計(jì)算表明： Fe， Co， Ni雖具有不太高的交換常數(shù)，但費(fèi)米面處的態(tài)密度很高，所以符合發(fā)生鐵磁性的條件。 斯托納判據(jù)四、斯托納（ Stoner）判據(jù)：鐵磁性的條件 傳導(dǎo)電子（ 4s 電子）基本是自由的，因此僅有很小的交換分裂并導(dǎo)致導(dǎo)帶自旋向上和自旋向下的電子數(shù)目幾乎相同。 3d電子不同，會發(fā)生較大的交換劈裂，可以理解為是洪德第一法則的遺跡：電子首先以平行自旋填充簡并狀態(tài)，這就使電子的庫侖排斥勢最小，因?yàn)殡娮诱紦?jù)了具有最小空間重疊的不同電子軌道狀態(tài)，但在能帶中的不同狀態(tài)顯然不是簡并的，將所有電子放入自旋向上能帶中以滿足洪德法則必定需要消耗能量，能帶越寬，態(tài)密度越小，消耗越大，而費(fèi)米面附近的高的態(tài)密度（例如 Fe， Co， Ni）則會有利于鐵磁性的形成。斯托納正是基于此點(diǎn)給出了發(fā)生鐵磁性的判據(jù)。能帶劈裂一種的理解 在交換能的作用下發(fā)生自旋翻轉(zhuǎn)，但會帶來電子動能的增加（因?yàn)榫嚯x
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