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双交换作用

十二月 25, 2023

双交换作用属于交换作用的一种，由克拉伦斯·齐纳首先提出[1]。这种磁矩间的相互作用存在于具有多重阳离子价态的体系中。双交换作用理论通过分析不同的自旋排列模式下，电子在离子间跃迁的难度，来预测材料是会体现铁磁性、反铁磁性还是旋磁性。[2]

以含锰氧化物体系 La1-xAxMnO3 为例，其中的 Mn-O-Mn 链上，锰离子的 eg 轨道与氧离子的 p 轨道之间彼此存在直接的相互作用。若两个锰离子价态分别是 +3 与 +4 ，则依据洪特规则，锰离子上的基态电子排布如下图所示：

含锰氧化物中双交换作用的示意图。双交换作用涉及各离子最外层轨道的电子，即 Mn3+的 3d4、Mn4+的 3d3和 O2-的 2p6。其中 eg 和 t2g 表示晶体场理论中 d 轨道在八面体场中分裂产生的轨道能级。

若氧离子中的一个自旋向上的电子转移至 Mn4+ 上，则其空出来的 p 轨道就能够从左侧的 Mn3+ 处接受一个电子。这两个步骤产生的总效果是 Mn3+ 上的一个电子转移到了右侧的 Mn4+ 上。双交换作用模型阐明，若这个过程中该电子的自旋不发生反转，则电子迁移的难度更低，因为它满足洪特规则对于新加入的电子自旋的要求。这种携带着自身自旋进行迁移的电子因为迁移难度低，离域程度高，因此具有更低的动能。故此，双交换作用最终导致铁磁性的阳离子磁矩耦合。

乍看起来，该模型和超交换作用有相似之处，都是由阴离子介导的阳离子间的磁矩相互耦合作用。但两者从机理上讲是不同的：超交换作用中，参与过程的两个阳离子具有同样的化合价，且轨道内的电子态是定域的；双交换作用的模型中，其中一个阳离子必须比另一个阳离子多一个电子，该电子是以离域电子的形式参与到交换作用中来的。[1][3]

参考文献 编辑

  1. ^ 1.0 1.1 Clarence Zener. Interaction between the d-Shells in the Transition Metals. II. Ferromagnetic Compounds of Manganese with Perovskite Structure. Physical Review. 1951, 82 (3): 403. Bibcode:1951PhRv...82..403Z. doi:10.1103/PhysRev.82.403. 
  2. ^ Azhar, Maria; Mostovoy, Maxim. Incommensurate Spiral Order from Double-Exchange Interactions. Physical Review Letters. 2017, 118 (2): 027203. Bibcode:2017PhRvL.118b7203A. PMID 28128593. S2CID 13478577. arXiv:1611.03689  . doi:10.1103/PhysRevLett.118.027203. 
  3. ^ Pierre-Gilles de Gennes. Effects of Double Exchange in Magnetic Crystals. Physical Review. 1960, 118 (1): 141. Bibcode:1960PhRv..118..141D. doi:10.1103/PhysRev.118.141. 

外部链接 编辑

  • Exchange Mechanisms （页面存档备份，存于互联网档案馆） in E. Pavarini, E. Koch, F. Anders, and M. Jarrell: Correlated Electrons: From Models to Materials, Jülich 2012, ISBN 978-3-89336-796-2

十二月 25, 2023
双交换作用, 属于交换作用的一种, 由克拉伦斯, 齐纳首先提出, 这种磁矩间的相互作用存在于具有多重阳离子价态的体系中, 理论通过分析不同的自旋排列模式下, 电子在离子间跃迁的难度, 来预测材料是会体现铁磁性, 反铁磁性还是旋磁性, 以含锰氧化物体系, xaxmno3, 为例, 其中的, 链上, 锰离子的, 轨道与氧离子的, 轨道之间彼此存在直接的相互作用, 若两个锰离子价态分别是, 则依据洪特规则, 锰离子上的基态电子排布如下图所示, 含锰氧化物la, displaystyle, text, text, text. 双交换作用属于交换作用的一种 由克拉伦斯 齐纳首先提出 1 这种磁矩间的相互作用存在于具有多重阳离子价态的体系中 双交换作用理论通过分析不同的自旋排列模式下 电子在离子间跃迁的难度 来预测材料是会体现铁磁性 反铁磁性还是旋磁性 2 以含锰氧化物体系 La1 xAxMnO3 为例 其中的 Mn O Mn 链上 锰离子的 eg 轨道与氧离子的 p 轨道之间彼此存在直接的相互作用 若两个锰离子价态分别是 3 与 4 则依据洪特规则 锰离子上的基态电子排布如下图所示 含锰氧化物La 1 x A x Mn O 3 displaystyle text La 1 x text A x text Mn text O 3 中双交换作用的示意图 双交换作用涉及各离子最外层轨道的电子 即 Mn3 的 3d4 Mn4 的 3d3和 O2 的 2p6 其中 eg 和 t2g 表示晶体场理论中 d 轨道在八面体场中分裂产生的轨道能级 若氧离子中的一个自旋向上的电子转移至 Mn4 上 则其空出来的 p 轨道就能够从左侧的 Mn3 处接受一个电子 这两个步骤产生的总效果是 Mn3 上的一个电子转移到了右侧的 Mn4 上 双交换作用模型阐明 若这个过程中该电子的自旋不发生反转 则电子迁移的难度更低 因为它满足洪特规则对于新加入的电子自旋的要求 这种携带着自身自旋进行迁移的电子因为迁移难度低 离域程度高 因此具有更低的动能 故此 双交换作用最终导致铁磁性的阳离子磁矩耦合 乍看起来 该模型和超交换作用有相似之处 都是由阴离子介导的阳离子间的磁矩相互耦合作用 但两者从机理上讲是不同的 超交换作用中 参与过程的两个阳离子具有同样的化合价 且轨道内的电子态是定域的 双交换作用的模型中 其中一个阳离子必须比另一个阳离子多一个电子 该电子是以离域电子的形式参与到交换作用中来的 1 3 参考文献 编辑 1 0 1 1 Clarence Zener Interaction between the d Shells in the Transition Metals II Ferromagnetic Compounds of Manganese with Perovskite Structure Physical Review 1951 82 3 403 Bibcode 1951PhRv 82 403Z doi 10 1103 PhysRev 82 403 Azhar Maria Mostovoy Maxim Incommensurate Spiral Order from Double Exchange Interactions Physical Review Letters 2017 118 2 027203 Bibcode 2017PhRvL 118b7203A PMID 28128593 S2CID 13478577 arXiv 1611 03689 nbsp doi 10 1103 PhysRevLett 118 027203 Pierre Gilles de Gennes Effects of Double Exchange in Magnetic Crystals Physical Review 1960 118 1 141 Bibcode 1960PhRv 118 141D doi 10 1103 PhysRev 118 141 外部链接 编辑Exchange Mechanisms 页面存档备份 存于互联网档案馆 in E Pavarini E Koch F Anders and M Jarrell Correlated Electrons From Models to Materials Julich 2012 ISBN 978 3 89336 796 2 取自 https zh wikipedia org w index php title 双交换作用 amp oldid 70266624, 维基百科，wiki，书籍，书籍，图书馆，

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