ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Опыт Дорфмана из "Физика твердого тела " Таким образом, оставалось предположить, что поле В имеет электрическую природу. Однако в рамках классической теории объяснить такое казалось бы чисто магнитное явление, как ферромагнетизм, какими-либо электрическими взаимодействиями не удалось. Только квантовая механика смогла решить эту задачу. [c.336] Гиромагнитные опыты Эйнштейна — де Гааза и Барнетта показали, что в ферромагнетиках самопроизвольная намагниченность обусловлена спиновым магнетизмом электронов, а из опыта Дорфмана следовало, что взаимодействие между электронами соседних атомов с недостроенными оболочками, приводящее к ферромагнетизму, имеет немагнитную природу. [c.336] В 1928 г. Френкель и чуть позже Гейзенберг установили, что ферромагнетизм — это особое свойство системы электростатически взаимодействующих электронов. При обсуждении парамагнетизма электронного газа мы уже видели, что его энергия самым тесным образом связана с намагниченностью.. Это является следствием принципа Паули. Минимум энергии свободного электронного газа наблюдается в том случае, когда спины электронов полностью скомпенсированы. [c.336] Здесь Si и Sj — результирующие спины взаимодействующих атомов. [c.337] Напомним, что синглетное состояние — это состояние с нулевым результирующим спином 5=0, а триплетное — со спином 5=1. При Л 0 имеем EtdEs и в основном триплетном состоянии спины обоих электронов параллельны. Этот случай соответствует ферромагнитному упорядочению. При А 0, наоборот, E Ei, т. е. спины антипараллельны. В этом случае говорят об антиферромагнетизме. [c.337] Для объяснения явления ферромагнетизма в квантовой теории используются два основных подхода. Один из них основан на предложенной Френкелем модели коллективизированных электронов, подчиняющихся статистике Ферми — Дирака. Эта модель учитывает обменное взаимодействие. В теории показано, что при некоторой плотности электронного газа возможно появление самопроизвольного намагниченного состояния вне зависимости от того, что кинетическая энергия электронов при этом увеличивается. Напомним еще раз, что увеличение кинетической энергии связано с тем, что, в силу принципа Паули, электроны с параллельной ориентацией спина не могут з нимать один энергетический уровень. Поэтому при перевороте спина электрон вынужден занять состояние с большей энергией. В настоящее время, однако, существует мнение, что газ электронов проводимости, по-видимому, не является )ерромагнитным ни при каких условиях. Строгое доказательство этого пока отсутствует. В то же время ни в одном эксперименте не было обнаружено ферромагнетизма металлов, не содержащих атомов или ионов с недостроенными d- или /-оболочками. Появление ферромагнетизма в системе d- или /-электронов связано с аномально высокой (по сравнению с s-электронами) плотностью состояний в - и /-зонах. [c.337] Такой вид обмена получил название сверх-t обмена. [c.338] Здесь г1)а(1) — волновая функция электрона / в поле ядра атома а —волновая функция электрона 2 в поле ядра атома Ь и т. п. г —расстояние между электронами в молекуле Га и гь — расстояния от ядра атома а до электрона 2 и от ядра атома Ь до электрона 1 соответственно (рис. 10,10). Поскольку в выражение для А входят как положительные, так и отрицательные члены, знак обменного интеграла может быть как положительным, так и отрицательным (в зависимости от межатомного расстояния). [c.338] Отметим, что локализованные магнитные моменты могут быть связаны не только с магнитными атомами. Так, А. Ф. Хохлов и П. В. Павлов наблюдали возникновение ферромагнитного упорядочения в аморфном кремнии. Здесь нет атомов с недостроенными внутренними оболочками, однако имеются оборванные ковалентные связи. На каждой такой связи локализован неспаренный электрон. В обычных условиях концентрация оборванных связей в аморфном кремнии невелика ( --10 —lO s см- ), поэтому взаимодействия между локализованными на связях магнитными моментами нет. Такое вещество представляет собой парамагнетик. Однако при высокой плотности оборванных связей, которую можно создать, облучая аморфный кремний ускоренными ионами инертных газов, возникает обменное взаимодействие, приводящее к ферромагнетизму. [c.340] Вернуться к основной статье