《交換作用理論》PPT課件.ppt

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1、交換作用理論材工10-1為了解釋物質(zhì)的鐵磁性特征，皮埃爾·外斯于1907年提出了“分子場”假設(shè)。外斯分子場理論包括兩個(gè)假設(shè)：（1）分子場假設(shè)；（2）磁疇假設(shè)。但是，最致命的缺陷就在于它未能觸及“分子場”的本質(zhì)。本質(zhì)？？1.Heisenberg交換作用理論交換作用最早由弗蘭克爾與Heisenberg先后獨(dú)立提出，但Heisenberg對(duì)鐵磁性自發(fā)磁化進(jìn)行了詳細(xì)研究，故通稱Heisenberg交換作用理論。該理論得到的定性結(jié)果與經(jīng)典理論相同。沃納·卡爾·海森堡（1901年12月5日－1976年2月1日）對(duì)于過渡族金屬，電子的3d狀態(tài)與s態(tài)能量相差不大，因此

2、它們的電子云將重疊，引起s、d狀態(tài)電子的再分配，并將引起能量的變化。通過量子力學(xué)我們得到了一個(gè)能量交換公式。式中，A為交換能積分常數(shù)；S1與S2分別是兩個(gè)電子的自旋動(dòng)量矩矢量，是兩個(gè)自旋動(dòng)量矩夾角，S是S1與S2的模，因?yàn)槭峭愲娮?，所以他們的模相等。在A＞0的情況下，當(dāng)cos=1時(shí)，Eex為最低值，即=0，表明只有當(dāng)相鄰原子磁矩同向平行排列，才具備能量最低的條件。從而實(shí)現(xiàn)自發(fā)磁化，產(chǎn)生鐵磁性。反之，在A＜0的情況下，則當(dāng)cos=-1時(shí)，Eex才為最低值，即=π，自旋磁矩反向排列時(shí)能量最低。根據(jù)量子力學(xué)計(jì)算，交換能積分常數(shù)A不僅與電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的波函數(shù)有

3、關(guān)，而且強(qiáng)烈地依賴于原子之間的距離Rab，見圖4.6交換能積分常數(shù)A與原子間距的關(guān)系曲線。根據(jù)量子力學(xué)的觀點(diǎn)：分子場的本質(zhì)是原子中電子及相鄰原子之間電子的靜電交換作用。這種靜電交換作用和經(jīng)典的庫侖靜電作用不同，純屬量子效應(yīng)。由交換作用模型可以得出物質(zhì)鐵磁性的條件。1.物質(zhì)具有鐵磁性的必要條件是原子中具有未充滿的電子殼層，即具有原子磁矩；2.物質(zhì)具有鐵磁性的充要條件是A>0，A為相鄰原子間的交換積分。>，Heisenberg交換模型的作用Heisenberg理論的不足之處：①認(rèn)為每個(gè)原子中電子不可能從一個(gè)原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)原子上去，電子是完全局域的，交換作

4、用是直接的。②假設(shè)狀態(tài)分布集中在能量重心，也不符合實(shí)際。鐵磁體與反鐵磁性中都存在磁有序鐵磁體的磁結(jié)構(gòu)具有多樣性。量子理論在說明自發(fā)磁化時(shí)，相應(yīng)提出了不同的交換作用模型海森伯交換間接交換RKKY交換S-d交換所有量子力學(xué)理論在說明磁有序問題時(shí)，都以交換作用為基礎(chǔ)，它是出現(xiàn)鐵/反鐵/螺磁性的根本原因。謝謝！