ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
Рис. 27 Кривые плотности состояний электронов в Cu (а) и Ni (б)
На рис. 27 схематически изображены кривые плотности состояний для Cu (а) и Ni (б)
Из схемы видно, что энергия
Е
F
в меди расположена выше всех пяти полностью заполненных 3d-зон, и структура зон (n
+ 1) s похожа на зоны для свободных электронов с очень низкой плотностью состояний (один электрон на элементарную
ячейку).
У никеля распределение электронов в зонах таково, что энергия Ферми попадает в 3
d-зону и концентрация электронов
ниже уровня Ферми сильно возрастает. Из-за обменного взаимодействия происхо-дит расщепление
nd-зоны на две,
одновременно снижается уровень Ферми
(
)
FF
EE →
0
. Образовавшаяся разность концентраций электронов (N
+
и N
–
) ниже
уровня Ферми приводит к ферромагнетизму.
3 Антиферромагнетики, ферромагнетики.
Примером антиферромагнетика является MnO. В кристалле
MnO катионы Mn
2+
образуют гранецентрированную решетку, в которой
кислород занимает промежуточное положение между катионами Mn
2+
(рис. 28).
В этой структуре на пути прямого обмена между магнитными полями
расположены немагнитные ионы кислорода. Обменное взаимодействие
поэтому будет слабее. Обменное взаимодействие через промежуточный
ион О
2-
носит название косвен- ного.
Главным в этой структуре является то, что орбита
р-элект-рона (в ионе О
2–
)
вытянута к находящимся по обе стороны ионам Мn
1
и Мn
2
, (рис. 29); О
2–
имеет
конфигурацию 1
s
2
; 2s
2
; 2p
6
.
Один из электронов
р-орбиты при возбуждении может перейти на соседний
магнитный катион (например, на Мn
1
) и попасть на недостроенную 3d-орбиту. При
этом необходимо, чтобы расположение спинов удовлетворяло правилу Хунда. Поэтому,
когда число электронов 3
d-оболочки больше 5 (т.е. больше половины возможного числа
для этой орбиты), спин перешедшего электрона должен быть антипараллелен полному
спину иона.
В то же время спин оставшегося на
р-орбите неспаренного электрона в силу
принципа Паули будет противоположен спину перешедшего электрона. Этот оставшийся электрон при переходе на 3
d-элект-
ронную оболочку другого катиона (Мn
2
) сориентирует его спин в противоположном Мn
1
направлении. Если же в 3d-
электронной оболочке меньше половины возможного числа электронов, взаимодействие должно быть положительным и
обуславливать параллельную ориентацию моментов Мn
1
и Мn
2
.
Гудинаф и Каномори [17, 18] определяют знак обменного взаимодействия следующими правилами (рис. 30).
1
Связь антиферромагнитная, если р-орбита аниона перекрывает полузаполненные d-орбиты катионов.
2
Если р-орбита аниона своими лепестками-орбитами перекрывает две пустые d-орбиты противоположных катионов,
то связь магнитных моментов должна быть также антиферромагнитна.
Рис. 30 Схема механизмов антиферромагнитного (а, б) и
ферромагнитного (в) косвенных обменных взаимодействий:
1 – наполовину заполненный d-уровень; 2 – незаполненный d-уровень;
3 – спин иона; 4 – анион
3
Когда р-орбита промежуточного иона одним своим лепестком перекрывает полузаполненную d-орбиту катиона, а
вторым лепестком – пустую
d-орбиту другого катиона, то магнитные моменты будут связаны ферромагнитно (с
параллельным расположением моментов).
g(E) g(E)
0 0
Сu Ni
E
F
E
F
E
E
nd-полоса
nd-полоса
(n +1)
s
-полоса
(n + 1)
s
-полоса
0
F
E
Рис. 28 Схема расположения атомов
в кристалле МnО
Mn
2+
О
2–
Рис. 29 Конфигурация p-орбиталей
в кристалле МnО
p-орбиталь
О
2–
+2
1
Mn
+2
2
Mn
1
2
3
1 3 4
2
a)
б)
в)
а) б)
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- …
- следующая ›
- последняя »
