Возникновение - ферромагнетизм
Cтраница 1
Возникновение ферромагнетизма в переходных металлах ( Fe, Ni, Co) может быть также связано с косвенным обменом через электроны проводимости. [1]
Вторым условием возникновения ферромагнетизма является обменное взаимодействие электронов соседних атомов, которое порождается электростатическими силами. Электростатическое взаимодействие между электронами соседних атомов возникает тогда, когда происходит непрерывный обмен электронами внешних оболочек соседних атомов. Это взаимодействие называют обменным. Энергию обменного взаимодействия характеризуют константой обменного взаимодействия А, которую называют обменным интегралом. [2]
Как видно из этого условия, для возникновения ферромагнетизма в модели Стонера необходимо, чтобы достаточно большими были как энергия взаимодействия d - электронов, так и плотность состояний на уровне Ферми. [4]
Однако такая ситуация сама по себе не обеспечивает возникновения ферромагнетизма, поскольку с уменьшением кулоновского взаимодействия при параллельных спинах происходит увеличение их кинетической энергии. В большинстве случаев оно перекрывает уменьшение потенциальной энергии и полная энергия конфигураций с параллельными спинами оказывается невыгодной. Лишь в редких случаях, когда уменьшение потенциальной энергии при параллельных спинах более значительно, чем увеличение кинетической энергии, полная энергия уменьшается. При этом конфигурации с параллельными спинами становятся энергетически выгодными и возникает ферромагнетизм. Исследование условий, при которых такая ситуация возможна, составляет предмет теории ферромагнетизма. При этом главную роль играет правильный выбор выражения для энергии взаимодействия. [5]
Прочитанный вами параграф - централь ный в этой главе, так как объясняет природу возникновения ферромагнетизма. Однако он может вызвать недоумение. Действительно; наиболее известные ферромагнетики - железо, кобальт, никель - металлы. Почему же мы ничего не говорим о свободных электронах, а рассуждаем так, будто имеем дело с диэлектриком. Можно было бы сослаться на то, что есть много ферромагнитных диэлектриков, и к ним проведенное рассмотрение имеет непосредственное отношение. Но, по существу, оно подходит и к ферромагнитному металлу. Дело в том, что у атомов всех ферромагнитных металлов не заполнены либо d -, либо / - оболочки ( см. § 9 гл. Электроны на этих оболочках находятся очень близко к ядру ( в глубине атома) и практически не ощущают факта объединения атомов в кристалл. В формировании ферромагнитного момента главную роль играют именно d - и / - электроны магнитных металлов. Можно представлять себе так: в узлах кристаллической решетки сосредоточены ( локализованы) электронные магнитные моменты, взаимодействующие друг с другом путем обменного взаимодействия. Но, в отличие от диэлектриков, они погружены в газ свободных электронов, электроны тоже принимают участие в создании магнитного момента. [6]
Но это необходимое условие - наличие нескомпенсированных спинов в недостроенных оболочках - атома - еще не достаточно для возникновения ферромагнетизма. У марганца имеется 5 нескомпенсированных спинов, у хрома - 4, но оба они не ферромаг-нитны. [7]
Экспериментальные результаты, полученные на некоторых системах смешанных кристаллов окислов со структурой перовски-та, магнитные ионы которых представляют собой ионы одного и того же элемента, обладающие различной валентностью ( например, Мп3 - Мн4, Со3 - Со4), находятся в весьма удовлетворительном согласии с выводами теории. Возникновение ферромагнетизма в упомянутых системах сопровождается увеличением на несколько порядков электропроводности ( фиг. [8]
Ферромагнетизм переходных металлов рассмотрен сначала с помощью модели Фриделя для плотности состояний. Найдено условие возникновения ферромагнетизма. Это условие выполняется только для кобальта и никеля. Отсутствие ферромагнетизма в марганце и железе при расчетах в этой модели говорит о том, что имеются существенные отклонения от такой модели плотности состояний. Затем с помощью резонансных д1 - состояний рассмотрено образование локальных магнитных моментов отдельных ионов, что позволяет описать ферромагнитные металлы выше температуры Кюри, а также анти-ферромагнитные металлы. [9]
 |
Зависимость магнитного момента аморфных сплавов на основе кобальта ( Со1 - хМпх т-у Ву от концентрации Мп ( и В ( ( /. [10] |
Аналогичным образом изменяется Hf и в сплавах Ni-Мп. Такая аналогия позволяет сделать некоторые предположения относительно возникновения аморфного ферромагнетизма. Очень важным для понимания механизма возникновения аморфного ферромагнетизма является описанное выше аномальное поведение сплавов на основе железа. Однако вопрос о природе аморфного ферромагнетизма пока еще является спорным и выходит за рамки данной книги. [11]
Мы уже получили одно необходимое условие / 0 и рассмотрим теперь, как зависит возникновение ферромагнетизма от структуры решетки. Для этой цели нужно исследовать магнитный момент кристалла в слабом магнитном поле, направленном, например, направо. V спинов или по крайней мере некоторое их число ориентируются в этом поле направо, то кристалл будет ферромагнитным. [12]
Это неравенство называется критерием Стонера. Мы видим, что чем больше плотность уровней d - электронов, тем вероятнее возникновение ферромагнетизма. [13]
Мы уже получили одно необходимое условие / 0 и рассмотрим теперь, как зависит возникновение ферромагнетизма от структуры решетки. Для этой цели нужно исследовать магнитный момент кристалла в слабом магнитном поле, направленном, например, направо. У спинов или по крайней мере некоторое их число ориентируются в этом поле направо, то кристалл будет ферромагнитным. [14]
Возникновение магнитных свойств у ферромагнетиков связано с их доменным строением. Домены, в которых магнитные моменты атомов ориентированы параллельно, возникают даже в отсутствие внешнего магнитного поля. Главную роль в возникновении ферромагнетизма отводят силам обменного взаимодействия между атомами, возникающим за счет нескомпенсированных спинов электронов. [15]
Страницы: 1 2