固体磁性第4章.ppt

1、交换及交换作用存在于所有的多电子系统中. 用变分法可解得波函数： 由于电子是Fermi子，波函数应具有反对称性。（总波函数应由轨道波函数和自旋波函数组成） 2、交换作用 能量 贝特-斯莱特关系 J可正可负，随原子间距R与磁性电子轨道半径Rd之比而变。 交换哈密顿量可表示为 可推广到两个原子 设固体中只有一种磁性原子，每个原子的自旋都在z方向，Si=Sj=Sz，最近邻数为Z， 铁磁体的TC正比于交换积分。TC的高低是材料中原子间交换相互作用强弱的宏观表现。 要提高磁性材料的居里温度，就必须提高交换作用。而交换作用与原子间距有关。可通过改变原子间距来提高TC 。 在掺杂钙钛矿型锰氧化物中，存在Mn3+和Mn4+离子，磁性Mn离子处在由六个氧离子构成的八面体中，在晶场作用下，Mn离子中的3d电子的能级分裂为两组 t2g电子能量低，为束缚电子。Eg电子能量高，可在Mn3+和Mn4+间跳跃。此跳跃要求Mn离子磁矩必须平行。这种作用称为双交换作用。 双交换作用能够解释钙钛矿锰氧化物金属型导电和巨磁电阻效应 4-2-3 Ms-T  Ms-T一般形状. 局域化模型, 单相. 一个晶格: Brillouin函数. 多个次晶格: Neel Types. (2) 巡游电子. (3) 多相材料, 有多个Tc的Ms-T. 习题 1.简述几种交换作用的图象,特色及应用,并各举一例 2.如何判断超交换作用中交换积分J的符号? 3.推导交换积分J和分子场系数?间的关系 4.如何测量及控制Tc 5. 铁具有体心立方晶格，其原子量为55.85，密度为7.86 g /cm3，居里温度为768?C。试计算：(1)交换积分J的数值；(2) 每个原子的交换能；(3) 每单位体积的交换能。 6.为什么在TTc时,Ms不符合Weiss理论的计算结果? 7.计算NiCu0.2及NiAl0.1合金中平均每个分子的ps. 8.计算下列各种铁氧体的分子饱和磁矩：Fe3O4，CoFe2O4，Mn0.5Zn0.5Fe2O4，假定Fe2+，Co2+，Mn2+离子在八面体座。 4、 紧束缚巡游电子 *单电子波函数可用原子轨道线性组合（LCAO）方法建立, * 多电子波函数由单电子波函数组成的Slater行列式形成。 * 库仑能及交换能均由以下几种电子对间相互作用能组成： 原子内库仑作用能，相应于两个电子m,n处于一个原子i中时的电子云间的排斥能. 原子间的库仑作用能, i and j . 不同原子间与函数重叠有关的库仑作用能，仅在最近邻原子间。 * 对d电子，有5个波函数，组成多电子系统交换能的还包括原子内d电子间的库仑能与原子内交换积分 后一项导致了洪德法则第一条. 交换能的组成大体为（按强度的大小顺序）: (原子内库仑作用能), (原子内交换作用能), (原子间库仑作用能) (原子间交换作用能 ). *电子是巡游的，但会停在原子处一段时间. 交换能使不同自旋子能带劈裂，导致自发磁化. 4-1-5 四种交换作用 两种直接交换作用.巡游电子交换模型适用于TM金属. 单独的Heisenberg直接交换模型无法解释实际的铁磁性. 两种间接交换作用适用于金属及非金属中. 4-2 饱和磁化强度和居里温度 4-2-1 饱和磁化强度, Ms and Mo 1. 两次外插求Ms 和M0 ! 从MT(H)外插至H=0可得 ( T ) = ( 0,T ). [高的M0并不总导致高的MS(RT)!] 2. MS( RT ) 由M0, Tc及MS-T决定 M=M(H,T). 从MS(T)外插至T=0可得 3. M0 *多个磁性子晶格: ( 1 ) 局域磁矩. *一个磁性子晶格: ( 2 ) FM TM 金属材料. 巡游电子,能带理论. 如: Ni合金. Ni – M%合金. M = Cu, Zn etc. PNi = 0.6, v: 溶质原子的价电子数, for Cu and Zn, v = 1, 2, x: 溶质百分比 Slater-Pauling曲线(TM合金). 刚带模型: 假设合金具有一个共有的基本不随成分改变的d电子能带. FCC structure Ex. For Co-Ni alloys Ps=1.7(1-c)+0.6c. BCC structure 合金中的中子衍射结果. Co,Ni的局域矩基本不随成分变化,但Fe-Ni合金中Fe的磁矩会发生变化. For Co-Ni alloys Ps=1.7(1-c)+0.6c, 刚带. ( 3 ) RE-TM alloys. FM a