Энергия обменного взаимодействия

Связь между атомами в кристалле почти полностью обеспечивается силами электростатического притяжения между отрицательно заряженными электронами и положительно заряженными ядрами. Роль сил магнитного происхождения очень незначительна, а гравитационными силами вообще можно пренебречь. Задав пространственное распределение электронов и ядер в кристаллах и распределение их скоростей (это в принципе можно выполнить методами квантовой механики), можно рассчитать энергию связи в кристалле. Такие специальные понятия, как энергия обменного взаимодействия (обменная энергия), силы Ван-дер-Ваальса, резонансная энергия стабилизации, ковалентные силы, используются только для обозначения сильно различающихся ситуаций. [c.25]

Энергия обменного взаимодействия при какой-либо температуре уравновешивается полной энергией электронов. Повышение температуры (в области температур, удаленной от 0° К) вызывает увеличение энергии электронов, что приводит к постепенному разрушению доменов и к ликвидации ферромагнетизма. Зависимость намагниченности от температуры при отсутствии внешнего поля выражается уравнением [c.121]

Наноструктурное состояние влияет на свойства ферромагнетиков. Ферромагнитные материалы имеют доменную структуру, которая возникает в результате минимизации суммарной энергии ферромагнетика в магнитном поле. Согласно [328], она включает энергию обменного взаимодействия, минимальную при параллельном расположении спинов электронов энергию кристаллографической магнитной анизотропии, обусловленную наличием в кристалле осей легкого и трудного намагничивания магнитострикционную, связанную с изменением равновесных расстояний между узлами решетки и длины доменов магнитостатическую, связанную с существованием магнитных полюсов как внутри кристалла, так и на его поверхности. Замыкание магнитных потоков доменов, расположенных вдоль осей легкого намагничивания, снижает магнитостатическую энергию, тогда как любые нарушения однородности ферромагнетика (границы раздела) увеличивают его внутреннюю энергию. [c.94]

Рис. 1.375. Распределение элементов по областям различных значений энергии обменного взаимодействия

При адиабатическом намагничивании ферромагнетика происходит увеличение числа параллельных спинов сверх ферромагнитного технического насыщения, при этом уменьшается энергия обменного взаимодействия и энергия по отношению к внешнему магнитному полю. Получающийся выигрыш в энергии не может уйти из системы в силу условий адиабатич-ности, поэтому увеличивается тепловая энергия элементарных магнетиков, т. е. тело нагревается. Наоборот, при выключении поля в [c.317]

Для оценки влияния обменных сил на вероятность излучения будем для простоты считать, что потенциальная энергия обменного взаимодействия имеет вид [c.79]

Мы предполагали, что энергия обменного взаимодействия определяется формулой (9,1). Если рассматривать обменные силы более сложного характера, а именно силы, зависящие от спина, то благодаря их действию возникает магнитное дипольное излучение, интенсивность которого в нерелятивистской области энергий значительно меньше, чем интенсивность электрического дипольного излучения. [c.83]

Известно, что энергия кулоновского взаимодействия мала по сравнению с энергией обменного взаимодействия, а энергия ат изменяет только уровень отсчета энергии. Это позволяет учитывать в правой части формулы (8) только три последних члена. [c.285]

Таким образом, как уже отмечалось при анализе свойств симметрии решения (12), как при плавном (6j = G ) изменении направлений векторов S, так и при шахматном порядке следования ближайших векторов (0J = -02) распределение их направлений в пределах доменных границ дается единым решением (17). Характеристическая длина получается порядка, так как она определяется нео -родностями энергии обменного взаимодействия первого [c.80]

ЭНЕРГИЯ ОБМЕННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ [c.14]

Характерной чертой магнитоупорядоченных кристаллов, отличающей их от кристаллов диа- и парамагнетиков, является наличие у них упорядоченной ориентации магнитных моментов атомов, приводящей к существованию постоянного магнитного момента даже в отсутствие внешнего магнитного поля [1—81. Это обусловлено тем, что между атомами такого кристалла, которые, как и атомы парамагнетиков, обладают собственными магнитными моментами (последние имеют в основном спиновую природу), существует сильное обменное взаимодействие. В состояние магнитной упорядоченности в принципе может перейти любой парамагнитный кристалл, если значение энергии обменного взаимодействия превышает среднюю энергию теплового движения к Т. [c.368]

Энергия обменного взаимодействия Е (, по порядку величины равна Дж, где д — заряд электрона, а — постоянная [c.369]

Численную величину энергии обменного взаимодействия в ферромагнитном металле можно оценить двумя путями. [c.23]

Из данных измерений температуры Кюри 6. Подставляя значения последней в соотношение (4) (которое вытекает не только из теории Гейзенберга, но и из обш,их термодинамических соображений), мы можем вычислить величину обменного интеграла А, характеризующего энергию обменного взаимодействия в ферромагнитном металле. [c.23]

Здесь 2Eq — энергия двух невзаимодействующих (изолированных) атомов А — энергия обменного взаимодействия, или обл<екньш интеграл. Знак обменного интеграла (положительный или Отрицательный) зависит в основном. от расстояния между атомами. Для параллельной ориентации спинов, т, е. для ферромагнитных материалов, Л > 0 5 — интеграл неортогональности (0 5 1) К — энергия электростатического взаимодействия электронов между собой и ядер между собой (т. н. кулонов-ская энергия) эта энергия по знаку отрицательна, а по-абсолютной величине меньше А. Параллельная ориентация спинов электронов, обменивающихся местами, отражается знаком минус, а антипараллельная — знаком плюс. [c.61]

Такая непериодичность кристаллической решетки аналогично случаю аморфного состояния должна приводить к резкому уменьшению величин (Tg и Тс [264]. Известно [265], что наличие широкого спектра межатомных расстояний в кристаллической решетке приводит к сильному изменению в ней энергии обменного взаимодействия. Это является результатом того, что эта энергия особенно чувствительна к структуре. В результате уменьшаются спонтанная намагниченность во всем объеме ферромагнитной фазы и значение температуры Кюри. В то же время, отжиг образцов даже при низкой температуре (373 и 473 К) уменьшает искажения кристаллической решетки из-за возврата в структуре и приводит к частичному восстановлению магнитных свойств. При высоких температурах свойства восстанавливаются полностью благодаря началу р екриста ллизации. [c.158]

КОРРЕЛЯЦИОННАЯ ЭНЕРГИЯ — энергия ниж. энергетич. состояния газа улектронов ферми-газа) за вьпетом нх ср. кппетич. япергпи фср.ми-знергии) и энергии обменного взаимодействия. В обп(еи случае К. э. представляет собой разность энергии осн. состояния системы ферми-частиц и её значения, определённого в приближении Хартри — Фока (см. Хартри — Фока метод). [c.467]

В отличие от парамагнетиков, в магнитоупорядочен-вых веществах значение энергии обменного взаимодействия значительно больше энергии зеемановского взаимодействия. Поэтому неоднородное и неравновесное распределение намагниченности вызывается главным образом не внеш. поле.м, а коррелированны.ми спиновыми флуктуациями. [c.632]

Обычно в магнитоунорядочеыных средах гл. роль во взаимодействии между магн. моментами атомов играет обменное взаимодействие, изотропное относительно однородного поворота маги, моментов атомов. Магн. порядок появляется в результате спонтанного нарушения симметрии обменного взаимодействия. Энергия обменного взаимодействия соседних атомов 1 порядка темн-ры Кюри Гс (темп-ры Г ) знак J выбирается так, что при / > О обменное взаимодействие благоприятствовало бы ферромагн. упорядочению, а при / < О — антиферромагнйтяому. [c.638]

При нарушении однородности намагниченности возникает поправка к энергии обменного взаимодействия. Она максимальна, когда вектор намагниченности меняет свое направление на обратное на расстояниях порядка расстояния между соседними металлическими атомами, т. е. порядка периода решетки а. Физический смысл поправки состоит в том, что энергия обмена стремится сохранить однородность намагниченности при любом ее нарушении. Иначе говоря, энергия обмена является энергией магнитного упорядочения. Максимальная поправка к энергии обмена равна = AVIa , где А — энергия обмена, V — объем тела. Полное нарушение однородности намагниченности и разо-риентация магнитных моментов происходят при температуре Кюри Тс когда исчезает самопроизвольная намагниченность ферромагнетика. Поэтому поправка Ае,должна быть равна Щ1И несколько меньше тепловой энергии откуда следу- [c.95]

Можно ожидать, что именно благодаря этим своим особенностям аморфные ферромагнетики имеют чрезвычайно высокую магнитную проницаемость. В так называемых нулевых ферромагнетиках, обладающих идеальной магнитной анизотропией, параллельность магнитных моментов поддерживается только за счет энергии обменного взаимодействия, а магнитный лоток замыкается внутри образца вследствие конкуренции с мат-нитостатичеокой энергией. Как видно из схемы, на рис. 5.13, в этом случае направление вращения магнитного момента в некоторых частях образца одинаково, в результате чего может возникнуть так назькваемая круговая доменная структура. [c.133]

При наругпении однородности намагниченности возникает поправка к энергии обменного взаимодействия. Эта поправка максимальна, если вектор намагниченности меняет свое направление на обратное на расстояниях порядка расстояния между соседними металлическими атомами, т.е. на расстояниях порядка периода регпетки а. Физический смысл поправки состоит в том, что энергия обмена стремится сохранить однородность намагниченности при любом ее наругпении. Иначе говоря, энергия обмена является энергией магнитного упорядочения. Максимальная поправка к энергии обмена равна Ае AVjс , где А — [c.109]

Из предыдущего параграфа известно, что домены ферромагнитного тела характеризуются намагниченностью насыщения. Для возникновения такого большого значения напряженности магнитного поля (10 А/м), которое существует в ферромагнитных веществах, необходимо, чтобы все спиновые магнитные моменты домена были ориентированы одинаково. Это полностью согласуется с положениями, выдвинутыми Вейссом. Гайзенберг объяснил теоретически сущность молекулярного поля также и с точки зрения атомистической теории Он дал блестящее квантовое толкование молекулярного магнитного поля Вейсса в своей работе Теория ферромагне-тизма>. Как показано в этой работе, ион, обладающий спином S, характеризуется энергией обменного взаимодействия с соседними с ним ионами, которая выражается следующей формулой [c.184]

Такое сильное поле не может быть объяснено обычным магнитным взаимодействием электронных магнитных моментов (поле взаимодействия которых на три-че-тыре порядка ниже указанного). Природа молекулярного поля связана с обменными силами, имеющими электростатическое происхождение. Выражение для энергии обменного взаимодействия единицы объема ферромагнетика (если соседние спины составляют лишь малые углы друг с другом) записывается в виде уравнения (1-8) (учитываются только члены, зависящие от угла между спинами ф 5, и 5 — спиновые механические моменты атомов I и /, измеряемые в единицах /г/2я, к — постоянная Планка I — энергетический интеграл, называемый обменным и определенный таким образом, что когда />0, энергия при параллельной ориентации двух спинов меньше, чем энергия при их анти-параллельной ориентации) [c.15]

Ферромагнетизм- особое свойство системы электростатически взаимодействующих электронов. При сильном электростатическом взаимодействии энергетически выгодным оказывается состояние с параллельной ориентацией спинов, т. е. намагниченное состояние. И это несмотря на то, что в соответствии с принципом Паули электроны с параллельными спинами не могут занять один энергетический уровень. То есть при перевороте спина электрон вынужден занять уровень с большей энергией. Объяснение этому явлению дает квантовая механика в электростатическое взаимодействие наряду с классической кулоновской энергией дает вклад так называемая энергия обменного взаимодействия, зависящая от взаимной ориентаций спиновых моментов электронов. В простейшем случае двух электронов обменную энергию Ео5м можно представить в виде [c.279]

Уравнение (43.3) не учитывает спиновых состояний электрона и дырки. Поскольку электрон и дырка имеют спин, равный 2%, то полный спин экситона равен нулю, либо Й. В первом случае экситон называется синглетным или параэкси-тоном, во втором — триплетным или ортоэкситоном. Энергия триплетного экситона лежит ниже энергии синглетного экситона на величину, равную удвоенной энергии обменного взаимодействия между, электроном и дыркой. Эта энергия рассчитывалась в работах Москаленко и Толпыго [198] и Эллиотта [200]. Обменное взаимодействие по своей природе является контактным, поэтому оно пропорционально квадрату модуля волновой функции в точке г = 0. Следовательно, оно существенно только в s-состояниях экситона и приближенно пропорционально кубу отношения постоянной решетки к боровскому радиусу экситона. [c.314]

В случае свободных радикалов -фактор обычно не сильно отличается от соответствуюшей величины для свободного электрона ge = 2,0023. Отклонение от этого значения, имеющего чисто спиновое происхождение, указывает на вклад спин-орбитальных взаимодействий. В случае примесных ионов переходных элементов -фактор становится анизотропным и определяется симметрией кристаллического поля, внутри которого находится ион. Последнее является результатом дополнительного штарковского расщепления энергетических уровней неспаренных электронов во внутрикристаллических электрических полях — в спектре ЭПР появляется тонкая структура. Благодаря этому -фактор является тензором, характеризующим симметрию этих полей. Неоднородные электрические поля в первой координационной сфере, окружающей примесный парамагнитный атом, могут достигать 10 В см . В сильных кристаллических полях взаимодействие неспаренных электронов атомов (ионов) с полем больше спин-орбитального и обменного взаимодействий. Штарков-ское расщепление Д в этом случае в результате снятия орбитального вырождения может достигать 5 эВ. При этом нарушается правило Хундта и образуются низкоспиновые состояния атома (например, многие ионы с незаполненными 4с1 и оболочками). В средних полях (Д = 1 эВ) энергия взаимодействия атома с полем по-прежнему выше энергии спин-орбитальных взаимодействий, но ниже энергии обменных взаимодействий внутри атома. Этот случай типичен для атомов с недостроенной Ъё оболочкой. И, наконец, слабые поля типичны для редкоземельных элементов с недостроенной / оболочкой Д = 10 2 эВ. В таких полях сохраняется мультиплетная структура изолированного атома. Величина Д определяется не только напряженностью поля, но и его симметрией, зависящей в свою очередь от структуры и химической природы атомов первой координационной сферы. [c.143]

В разделе 6.1.4 уже отмечалось, что ферромагнитные тела в ненамаг-ниченном состоянии состоят из ряда областей, самопроизвольно намагниченных до насыщения, называемых доменами. Такой спонтанный магнетизм обусловлен электростатической энергией обменного взаимодействия. Кроме того, ферромагнетики обладают и магнитной энергией, подразделяемой на магнитостатическую энергию и энергию анизотропии. [c.99]

Успехи теории Френкеля — Гейзенберга, позволившие объяснить ферромагнетизм металлов мощными электрическими силами квантовой природы, вначале отвлекли внимание исследователей от расчета магнитных сил в решетке. Действительно, казалось, нет никакого практического смысла в расчете магнитного взаимодействия в решетке, если оно заведомо во много раз меньше, чем энергия обменного взаимодействия. Порядок величины магнитной энергии в ферромагнитной решетке мы можем оценить, вычисляя энергию взаимодействия двух магнитных диполей [каждый из которых равен спиновому магнитному моменту электрона 10" СОЗМ)], находящихся на рас- [c.27]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...