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金属价电子结构对磁性和电输运性质的影响

齐伟华 马丽 李壮志 唐贵德 吴光恒

金属价电子结构对磁性和电输运性质的影响

齐伟华, 马丽, 李壮志, 唐贵德, 吴光恒
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  • 本文以原子物理学中电子按能级分布理论为基础,提出一个关于金属磁性的新的巡游电子模型:在形成金属的过程中由于受到电子间泡利排斥力的作用,Fe,Ni,Co原子的大部分4s电子进入3d轨道,只有一少部分4s电子成为自由电子;最外层3d轨道的电子有一定概率在离子实间巡游,形成巡游电子;其余的3d电子为局域电子.因此,由Fe,Ni,Co金属的平均原子磁矩实验值2.22,0.62和1.72 B,计算出Fe,Ni,Co金属中平均每个原子贡献的自由电子数目为0.22,0.62和0.72,从而解释了为什么Fe,Ni,Co金属的电阻率依次减小.应用这个模型计算出的平均每个原子的3d电子数为7.78,9.38和8.28,与金属能带论计算结果(7.4,9.4和8.3)比较接近,但是本文的方法更加简单、有效,易于理解.这为进一步澄清金属与合金的价电子结构提供了新思路.
      通信作者: 唐贵德, tanggd@hebtu.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11174069)、河北省自然科学基金(批准号:A2015205111)、河北省应用基础研究计划重点基础研究项目(批准号:16961106D)和河北省教育厅青年基金(批准号:QN2016015)资助的课题.
    [1]

    Ida S, Ono K, Kozaki H (translated by Zhang Z X) 1979 Data on Physics in Common Use(Beijing:Science Press) p133(in Chinese)[饭田修一, 大野和郎, 神前熙编(张质贤译) 1979物理学常用数表(北京:科学出版社)第133页]

    [2]

    Dai D S, Qian K M 1986 Ferromagnetism (Beijing:Science Press) p320(in Chinese)[戴道生, 钱昆明1986铁磁学(上册) (北京:科学出版社)第320页]

    [3]

    Stöhr J, Siegmann H C (translated by Ji Y) 2012 Magnetism:From Fundamentals to Nanoscale Dynamics (Beijing:Higher Education Press) p450(in Chinese)[Stöhr J, Siegmann H C著(姬扬译) 2012磁学:从基础知识到纳米尺度超快动力学(北京:高等教育出版社)第450页]

    [4]

    Johnson P D 1997 Rep. Prog. Phys. 60 1217

    [5]

    Sánchez-Barriga J, Minár J, Braun J, Varykhalov A, Boni V, Marco I D, Rader O, Bellini V, Manghi F, Ebert H, Katsnelson M I, Lichtenstein A I, Eriksson O, Eberhardt W, Drr H A, Fink J 2010 Phys. Rev. B 82 104414

    [6]

    Stearns M B 1973 Phys. Rev. B 8 4383

    [7]

    Stearns M B 1978 Phys. Today 31(4) 34

  • [1]

    Ida S, Ono K, Kozaki H (translated by Zhang Z X) 1979 Data on Physics in Common Use(Beijing:Science Press) p133(in Chinese)[饭田修一, 大野和郎, 神前熙编(张质贤译) 1979物理学常用数表(北京:科学出版社)第133页]

    [2]

    Dai D S, Qian K M 1986 Ferromagnetism (Beijing:Science Press) p320(in Chinese)[戴道生, 钱昆明1986铁磁学(上册) (北京:科学出版社)第320页]

    [3]

    Stöhr J, Siegmann H C (translated by Ji Y) 2012 Magnetism:From Fundamentals to Nanoscale Dynamics (Beijing:Higher Education Press) p450(in Chinese)[Stöhr J, Siegmann H C著(姬扬译) 2012磁学:从基础知识到纳米尺度超快动力学(北京:高等教育出版社)第450页]

    [4]

    Johnson P D 1997 Rep. Prog. Phys. 60 1217

    [5]

    Sánchez-Barriga J, Minár J, Braun J, Varykhalov A, Boni V, Marco I D, Rader O, Bellini V, Manghi F, Ebert H, Katsnelson M I, Lichtenstein A I, Eriksson O, Eberhardt W, Drr H A, Fink J 2010 Phys. Rev. B 82 104414

    [6]

    Stearns M B 1973 Phys. Rev. B 8 4383

    [7]

    Stearns M B 1978 Phys. Today 31(4) 34

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出版历程
  • 收稿日期:  2016-10-10
  • 修回日期:  2016-11-08
  • 刊出日期:  2017-01-20

金属价电子结构对磁性和电输运性质的影响

  • 1. 河北师范大学物理科学与信息工程学院, 河北省新型薄膜材料实验室, 石家庄 050024;
  • 2. 北京凝聚态物理国家实验室, 中国科学院物理研究所, 北京 100190
  • 通信作者: 唐贵德, tanggd@hebtu.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11174069)、河北省自然科学基金(批准号:A2015205111)、河北省应用基础研究计划重点基础研究项目(批准号:16961106D)和河北省教育厅青年基金(批准号:QN2016015)资助的课题.

摘要: 本文以原子物理学中电子按能级分布理论为基础,提出一个关于金属磁性的新的巡游电子模型:在形成金属的过程中由于受到电子间泡利排斥力的作用,Fe,Ni,Co原子的大部分4s电子进入3d轨道,只有一少部分4s电子成为自由电子;最外层3d轨道的电子有一定概率在离子实间巡游,形成巡游电子;其余的3d电子为局域电子.因此,由Fe,Ni,Co金属的平均原子磁矩实验值2.22,0.62和1.72 B,计算出Fe,Ni,Co金属中平均每个原子贡献的自由电子数目为0.22,0.62和0.72,从而解释了为什么Fe,Ni,Co金属的电阻率依次减小.应用这个模型计算出的平均每个原子的3d电子数为7.78,9.38和8.28,与金属能带论计算结果(7.4,9.4和8.3)比较接近,但是本文的方法更加简单、有效,易于理解.这为进一步澄清金属与合金的价电子结构提供了新思路.

English Abstract

参考文献 (7)

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