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1、第六章金属磁性的能带模型理论前面讨论的理论均假定对磁性有贡献的电子全都局域在原子核附近。各种交换作用都是近邻原子中电子之间的相互静电作用称为－局域电子交换模型。其成功之处体现在：①给出了外斯分子场的本质，解释了铁擦性，反铁磁性，螺磁性的起源，给出了各种磁性材料的高温顺磁磁化率与温度的关系。②对于金属盐类及氧化物，磁性原子的磁矩大小均为玻尔磁子的整数倍，对于过渡金属只是在高温情况下才与实验比较一致。③在温度略低于附近，与温度的变化关系～海森伯理论。实验上大部分物质少数为④Fe和Co金属电阻率在附近有较变，有极大值。可以用局域电子自旋无序散射来解
2、释。⑤基于局域电子交换模型的自旋波理论成功说明了低温下自发磁化强度与温度关系（定律）以及色散关系无法用此模型解释的主要问题：①3d过渡族金属原子的磁矩大小都不是整数如Fe,Co,Ni分别是2.2，1.7，0.6以及Cr的复杂情况等。②铁磁金属(Fe,Co,Ni)以及其他金属组成的合金磁矩与成分的变化有些可用Slater-Pauling曲线表示.③对于金属磁性材料,用居里定律中常数C计算原子磁矩时,得不到半整数S值.④在居里点以上,Fe服从海森伯模型.对于Cr而言,显示出不服从海森伯模型.因此,由于实验结果显示,3d电子参与了传导作用,存在传导
3、电子能带和未填满的3d壳层电子能带,导致3d过度族金属的磁性表现出多样性:Sc,Ti,V是顺磁性的;Mn,Cr,是反铁磁性的;是铁磁性的;Cu,Zn是抗磁性的.从而据此在3d,4s电子在金属的晶格周期场中运动的基础上发展了巡游电子模型,其主要内容如下:①巡游电子分布在能带中.Fe,Co,Ni的磁性负载者是3d能带中的空穴,其磁矩数目由空穴数决定.②巡游电子之间相互作用可用分子场近似方法给出分子场与磁化强度成比例:其中为相对磁化强度,n为每个原子3d能带中空穴数.I为Stoner-Hubband参数,相应的分子场能量为I取决于由多体相互作用效应
4、所引起的关联和交换作用③在一定温度下,电子在能级中的分布遵从Fermi-Dirac统计.§6.1能带模型的物理图象一、3d,4s电子能带结构过渡金属中,3d、4s电子看成自由地在晶格中巡游,总能量可以写成:电子有效质量反映电子在晶格中运动的自由程度.具有能量为E的电子数目有一分布,用态密度函数自由电子态密度(a)金属中3d,4s电子态密度(b)非金属中电子态密度(c)在晶体中,电子能带交叠,使晶体中电子的能带不再是抛物线,如(b)、(c),这正由X射线发射谱实验所证实.二.能带理论对铁磁性自发磁化的解释态密度函数表示能量为E的自旋向上电子数表
5、示能量为E的自旋向下电子数(a)(b)当H=0,不考虑电子间交换作用,则电子自旋磁矩互相抵销,不显示磁性.(图a)认为电子间存在正的交换作用,相当于晶体中存在一个沿正方向的内磁场.因而,具有正向自旋的态密度所对应的最低能量要比对应的要低,产生能带劈裂其大小与电子间交换作用有直接联系(图b).因而和在之下所具有的电子总数不等.所以中空穴比中空穴数目要少.这种空穴数目未抵消的情况相当于一个原子中未被抵消的自旋数目,但它不一定是整数,这时可能发生自发磁化.至少铁磁性还是反铁磁性,将由交换作用决定.3d,4s能带中电子分布元素电子组态按能带泡利电子分
6、布未填满空穴数未抵消自旋数Cr2.72.70.30.32.32.30Mn3.23.20.30.31.81.80Fe4.84.80.30.30.22.42.2Co5.05.00.350.3501.71.7Ni5.04.40.30.300.60.6Cu5.05.00.50.5000
