《交换作用理论》PPT课件.ppt

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1、交换作用理论 材工10-1,为了解释物质的铁磁性特征，皮埃尔外斯于1907年提出了“分子场”假设。外斯分子场理论包括两个假设：（1）分子场假设；（2）磁畴假设。但是，最致命的缺陷就在于它未能触及“分子场”的本质。,本质,？,1.Heisenberg交换作用理论 交换作用最早由弗兰克尔与Heisenberg先后独立提出，但Heisenberg对铁磁性自发磁化进行了详细研究，故通称Heisenberg交换作用理论。该理论得到的定性结果与经典理论相同。,沃纳卡尔海森堡（1901年12月5日1976年2月1日）,对于过渡族金属，电子的3d状态与s态能量相差不大，因此它们的电子云将重叠，引起s、d状态电

2、子的再分配，并将引起能量的变化。通过量子力学我们得到了一个能量交换公式。,式中，A为交换能积分常数；S1与S2分别是两个电子的自旋动量矩矢量，是两个自旋动量矩夹角，S是S1与S2的模，因为是同类电子，所以他们的模相等。,在A0的情况下，当cos=1时，Eex为最低值，即=0，表明只有当相邻原子磁矩同向平行排列，才具备能量最低的条件。从而实现自发磁化，产生铁磁性。反之，在A0的情况下，则当cos=-1时，Eex才为最低值，即=，自旋磁矩反向排列时能量最低。,根据量子力学计算，交换能积分常数A不仅与电子运动状态的波函数有关，而且强烈地依赖于原子之间的距离Rab，见图4.6交换能积分常数A与原子间距

3、的关系曲线。,根据量子力学的观点：分子场的本质是原子中电子及相邻原子之间电子的静电交换作用。这种静电交换作用和经典的库仑静电作用不同，纯属量子效应。,由交换作用模型可以得出物质铁磁性的条件。1.物质具有铁磁性的必要条件是原子中具有未充满的电子壳层，即具有原子磁矩；2.物质具有铁磁性的充要条件是A0，A为相邻原子间的交换积分。,，,Heisenberg交换模型的作用,Heisenberg理论的不足之处：认为每个原子中电子不可能从一个原子转移到另一个原子上去，电子是完全局域的，交换作用是直接的。假设状态分布集中在能量重心，也不符合实际。,铁磁体与反铁磁性中都存在磁有序,铁磁体的磁结构具有多样性。,量子理论在说明自发磁化时，相应提出了不同的交换作用模型,海森伯交换,间接交换,RKKY交换,S-d交换,所有量子力学理论在说明磁有序问题时，都以交换作用为基础，它是出现铁/反铁/螺磁性的根本原因。,谢谢！,