查看“︁双交换作用”︁的源代码

'''双交换作用'''属于[[交换作用]]的一种，由[[克拉伦斯·齐纳]]首先提出<ref name=Zener1951>{{cite journal|doi=10.1103/PhysRev.82.403|author=[[Clarence Zener]]|year=1951|journal=Physical Review|volume=82|issue=3|page=403|title=Interaction between the d-Shells in the Transition Metals. II. Ferromagnetic Compounds of Manganese with Perovskite Structure|url=https://archive.org/details/sim_physical-review_1951-05-01_82_3/page/n55|bibcode=1951PhRv...82..403Z}}</ref>。这种磁矩间的相互作用存在于具有多重阳离子[[价态]]的体系中。双交换作用理论通过分析不同的自旋排列模式下，[[电子]]在离子间跃迁的难度，来预测材料是会体现[[铁磁性]]、[[反铁磁性]]还是旋磁性。<ref>{{Cite journal|last1=Azhar|first1=Maria|last2=Mostovoy|first2=Maxim|year=2017|title=Incommensurate Spiral Order from Double-Exchange Interactions|journal=Physical Review Letters|volume=118|issue=2|pages=027203|arxiv=1611.03689|doi=10.1103/PhysRevLett.118.027203|pmid=28128593|bibcode=2017PhRvL.118b7203A|s2cid=13478577}}</ref>

以含锰氧化物体系 La<sub>1-x</sub>A<sub>x</sub>MnO<sub>3</sub> 为例，其中的 Mn-O-Mn 链上，锰离子的 e<sub>g</sub> 轨道与氧离子的 p 轨道之间彼此存在直接的相互作用。若两个锰离子价态分别是 +3 与 +4 ，则依据[[洪特规则]]，锰离子上的[[基态]]电子排布如下图所示：

[[Image:Double-exchange.PNG|frame|center|含锰氧化物<math>\text{La}_{1-x}\text{A}_x \text{Mn} \text{O}_3</math>中双交换作用的示意图。双交换作用涉及各离子最外层轨道的电子，即 Mn<sup>3+</sup>的 3d<sup>4</sup>、Mn<sup>4+</sup>的 3d<sup>3</sup>和 O<sup>2-</sup>的 2p<sup>6</sup>。其中 e<sub>g</sub> 和 t<sub>2g</sub> 表示[[晶体场理论]]中 d 轨道在八面体场中分裂产生的轨道能级。]]

若氧离子中的一个自旋向上的电子转移至 Mn<sup>4+</sup> 上，则其空出来的 p 轨道就能够从左侧的 Mn<sup>3+</sup> 处接受一个电子。这两个步骤产生的总效果是 Mn<sup>3+</sup> 上的一个电子转移到了右侧的 Mn<sup>4+</sup> 上。双交换作用模型阐明，若这个过程中该电子的[[自旋]]不发生反转，则电子迁移的难度更低，因为它满足洪特规则对于新加入的电子自旋的要求。这种携带着自身自旋进行迁移的电子因为迁移难度低，离域程度高，因此具有更低的动能。故此，双交换作用最终导致铁磁性的阳离子磁矩耦合。

乍看起来，该模型和[[超交换作用]]有相似之处，都是由阴离子介导的阳离子间的磁矩相互耦合作用。但两者从机理上讲是不同的：超交换作用中，参与过程的两个阳离子具有同样的[[化合价]]，且轨道内的电子态是定域的；双交换作用的模型中，其中一个阳离子必须比另一个阳离子多一个电子，该电子是以离域电子的形式参与到交换作用中来的。<ref name=Zener1951/><ref name=deGennes60>{{cite journal|doi=10.1103/PhysRev.118.141|author=[[Pierre-Gilles de Gennes]]|year=1960|journal=Physical Review|volume=118|issue=1|page=141|title=Effects of Double Exchange in Magnetic Crystals|url=https://archive.org/details/sim_physical-review_1960-04-01_118_1/page/n143|bibcode=1960PhRv..118..141D}}</ref>
== 参考文献 ==
{{reflist}}

== 外部链接 ==
* [http://www.cond-mat.de/events/correl12/manuscripts/koch.pdf Exchange Mechanisms] {{Wayback|url=http://www.cond-mat.de/events/correl12/manuscripts/koch.pdf |date=20220120111317 }} in E. Pavarini, E. Koch, F. Anders, and M. Jarrell: Correlated Electrons: From Models to Materials, Jülich 2012, {{ISBN|978-3-89336-796-2}}

[[Category:磁学]]
[[Category:量子化学]]
[[Category:固体物理学]]