Основы физики и технологии оксидных полупроводников. Брусенцов Ю.А - 24 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Рис. 24 Положение зон
для "+" и "–"-спинов
Рис. 25 Механизм образования
намагниченности за счет поляризации зон
Приложим магнитное поле H в направлении "+"-спинов. В связи
с этим полем энергия электронов со спинами "–" по сравнению с энергией электронов со спином "+" повысится на величину
E
H
= 2µ
B
H
*
(рис. 25).
Поэтому электроны, занимающие верхнюю часть зоны с отрицательными спинами, перейдут с "переворотом" своих
спинов в соседнюю зону и тем самым выровняют уровни Ферми в обеих зонах.
Обозначим число переместившихся электронов через
n
∆
; оно будет равно площади (заштрихованной косыми
линиями), лежащей между прежним и новым уровнями Ферми:
HEg
E
Egn
BF
H
F
µ==∆ )(
2
)(
.
Откуда для прироста намагниченности получим:
HEgnJ
BFBB
2
)(22 µ=∆µ=µ∆
и магнитная восприимчивость будет иметь вид:
2
)(2
BFp
Eg µ=χ (это есть парамагнетизм Паули).
Зная плотность состояний в зонах "+" и "–", можно сказать, будет ли металл (сплав)
ферромагнетиком или нет. Спонтанная намагниченность возникает из-за разности
концентраций электронов в зонах с отрицательными и положительными спинами ниже
уровня Ферми. На рис. 26 приведена схема (расчетная) плотности состояний для зон с
положительными и отрицательными спинами для железа.
Из рис. 26 видно, что ниже энергии Ферми
Е
F
для отрицательных спинов плотность
состояний электронов выше, чем для электронов с положительными спинами.
Возникающее расщепление 3
d-зон обязано, в основном, электростатическому полю
кристаллической решетки (из-за обменного взаимодействия), поэтому такое
расщепление зон называют обменным расщеплением.
Обменное расщепление и связанная с этим поляризация зон приводят к
ферромагнетизму, и намагниченность будет определяться разностью концентраций
электронов:
J = H
B
(N
+
–
N
–
),
где N
+
и N
–
– концентрация электронов в зонах.
*
Энергия электронов с "+"-спинами понизится на величину µ
B
H, а энергия электронов c "–"-спинами повысится на µ
B
H по
сравнению с положением без поля H.
0 0
g
–
(E) g
–
(E) g
+
(E)
g
+
(E)
½ E
Н
E
H
= 2µ
B
H
Рис. 26 Плотность состояний g(E)
для железа
g(E)
E
F
0
Fe
E

Страницы