Ферромагнетизм в зонных теориях

Особенно большую роль сыграла квантовая статистика в построении Ф. твёрдого тела. Зонная теория твёрдого тела позволила объяснить деление твёрдых тел на проводники, полупроводники и диэлектрики, а также их осн. свойства (электропроводность, теплоёмкость и т.д.). Получило объяснение явление ферромагнетизма и антиферромагнетизма, а в 1957 создана теория сверхпроводимости, обнаруженной ещё в 1911. Открытое в 1938 П. Л. Капицей явление сверхтекучести жидкого гелия также получило объяснение в рамках квантовой статистики. [c.317]

Вообще говоря, явление антиферромагнетизма трудно объяснить с позиции простой зонной теории, основанной на периодичности решетки. И в этом отношении кластерные модели, принимающие во внимание локальное магнитное упорядочение, более предпочтительны. Вместе с тем сама концепция ферромагнетизма применительно к кластерам требует уточнения. Речь идет о сильной зависимости спонтанной намагниченности от параметра решетки а (см. [355]). Когда атомы массивного тела удаляются друг от друга, то ширина -зоны уменьшается и плотность состояний на уровне Ферми возрастает, вследствие чего при определенном критическом значении параметра решетки устанавливается ферромагнитное состояние. Это состояние, разумеется, исчезает, если а<С а . [c.247]

Сплавы, содержащие переходные металлы. Зонной теорией легко объясняются следующие свойства переходных металлов 1) исчезновение ферромагнетизма при добавлении непереходных металлов с образованием твёрдого раствора и 2) зависимость магнитного момента насыщения ферромагнитных сплавов от атомного состава. Рассмотрим эти два вопроса совместно. [c.460]

Цель этой главы — изложить электронную теорию металлов с квантовомеханической точки зрения. В разд. 2 будет показано, как из отдельных свободных атомов образуется твердый металл при этом особое внимание уделяется тому факту, что валентные электроны свободного атома при образовании металлического состояния становятся нелокализованными. В разд. 3 и 4 рассматриваются свойства нелокализованных электронов (электронов проводимости) и модели, применяемые для описания их поведения в твердом теле. Подробно обсуждаются две модели 1) модель свободных электронов, из которой можно получить основные выражения для плотности состояний, теплоемкости, магнитной восприимчивости ИТ. д., и 2) модель почти свободных электронов, с помощью которой можно найти величины, определяющие ширину запрещенной зоны. В разд. 5 вводится понятие поверхности Ферми, а в разд. 6 излагаются наиболее эффективные методы определения параметров, характеризующих эту поверхность. Последние три раздела этой главы посвящены анализу роли электронов проводимости в сплавах (разд. 7), ферромагнетизму (разд. 8) и сверхпроводимости (разд. 9). [c.55]

Широко распространенная модель, описывающая, например ферромагнетизм никеля, просто объединяет представление о ферромагнетизме свободных электронов с зонной теорией. Поэтому энергетические зоны никеля рассчитывают обычным способом, однако при этом вводят самосогласованное обменное поле (его часто считают просто постоянным) при различном заполнении спиновых состояний это поле может отличаться для электронов с противоположно направленными спинами. Выбрав подходящим образом обменное поле, можно построить основное состояние никеля (атом которого содержит 10 электронов, занимающих Ы- и 4 -уровни). В этом состоянии одна й-зона (5 электронов на атом) занята электронами со спином вверх, а вторая й-зона содержит электроны со спином, направленным вниз, однако она смещена вверх по отношению к первой настолько, что ее пересекает уровень Ферми. Поэтому вторая й-зона оказывается не совсем заполненной (ей отвечают 4,4 электрона на атом). Оставшиеся 0,6 электрона на атом заполняют зону свободных электронов и имеют произвольно направленные спины. Поскольку заполнение зоны, где спины направлены вверх, превышает заполнение зоны, где спины направлены вниз, на 0,6 электрона на атом, твердое тело обладает суммарным магнитным моментом. См. обзор ранних работ по этим вопросам в статье Стонера [10] более современное описание можно найти в работе Херринга в книге [4]. [c.299]

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]

Общие замечания. Несмотря на то, что корреляционные члены, рассмотренные в главах IX н X, повидимому, важны для количественного определения некоторых свойств металлов, мало вероятно, чтобы они часто приводили к существенному изменению свойств. Возможные исключения появляются в связи с такими низкотемпературными эффектами, как, например, сверхпроводимость, которые в настоящее время не поняты полностью. По этой причине мы будем рассматривать валентные электроны простых металлов на основе зонного приближе-иня. Многие свойства электронов -оболочки также можно с качественной стороны рассматривать на основе этого приближения. Этот метод, однако, ие вполне удовлетворителен, так как многие другие свойства электронов -оболочки могут быть объяснены лучше иа основе приближения Гайтлера-Лондона. Отсюда видно, что в это.ч случае ни одна нз этих одноэлектронных схем не является вполне удовлетворительной и что следует рассматривать всю -оболочку в целом. Такое более точное рассмотренне проведено только для немногих случаев, как, например, в теории ферромагнетизма с.учётом спинов, развитой в главе XVI. В настоящее время обычно предполагается, что точное решение даёт тот же результат, что и одноэлектронные схемы, в тех [c.445]

Ферромагнетизм. Теория ферромагнетизма развивалась постепенно, с двух различных точек зрення, а именно из приближения, исходящего из функций атомарного типа, и из зонного приближения. Исследование, исходящее из атомарного приближения, имело значение главным образом для понимания сил упорядочения спинов в ферромагнетиках, в то время как зонное приближение, обсужденное в 101, имело качественное значение для рассмотрения соотношения между электронами проводимости и электронами -оболочки. Первые три части этого параграфа будут посвящены атомарному приближению, а четвёртая— связи между атомарным и зонным приближениями. [c.637]

К сожалению, для того чтобы объяснить ферромагнетизм на основе теории зон, необходимо сделать произвольное предположение, что в -полосе имеется больше электронов со спином в одном направлении, чем в другом. В таких металлах, как никель и кобальт, имеется настолько большой излишек электронов с данным спином, что половина -полосы целиком заполнена в железе этот излишек несколько меньше. Еслн бы теория зон была достаточно точной в случае узких полос, для того чтобы дать заслуживающее доверия объяснение преобладания электронов с одним типом спина, то для большинства описательных работ былн бы излишними теории Гайзенберга, Блоха, Слэйтера. Конечно, обменная энергия блоховских функций благоприятствует появлению ферромагнетизма, но можно показать, что для узких полос поправка на корреляцию как раз достаточно велнка, для того чтобы в первом приближении скомпенсировать этот эффект (см. 75). [c.653]

Поверхности Ферми поливалентных переходных металлов (как с незаполненными /-оболочками, так и с незаполненными /-оболочками) сложнее, чем те ПФ, которые мы до сих пор рассматривали. Это объясняется главным образом тем, что уровень Ферми находится как раз в середине /-зоны, так что модель свободных электронов нельзя использовать даже в качестве грубого приближения при интерпретации сложного спектра частот дГвА. Дополнительное усложнение заключается в том, что в некоторых из этих металлов достаточно сильное обменное взаимодействие приводит к ферромагнетизму, а в Р1 и Рс1 электрон-электронное взаимодействие обусловливает сильный парамагнетизм. Несмотря на эти трудности, за последние 15 лет произошел значительный прогресс в расшифровке сложных ПФ большинства переходных металлов (обзор см. в работе [284]). Это произошло как благодаря усовершенствованиям в технологии, которые дали возможность получать чистые и достаточно совершенные монокристаллические образцы, так и благодаря улучшению измерительной и вычислительной техники и развитию теории зонной структуры. Все это позволило успешно интерпретировать экспериментальные данные. В последующем рассмотрении мы остановимся только на некоторых важных моментах и приведем несколько примеров для иллюстрации сложности результатов. Мы не будем обсуждать редкоземельные металлы (с незаполненными /-оболочками) отметим только, что они обладают особенно сложными поверхностями Ферми, о которых пока еще далеко не все известно подобный обзор содержится в работе [480]. [c.272]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...