搜索

文章查询

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

磁性材料磁有序的分子场来源

齐伟华 李壮志 马丽 唐贵德 吴光恒 胡凤霞

磁性材料磁有序的分子场来源

齐伟华, 李壮志, 马丽, 唐贵德, 吴光恒, 胡凤霞
PDF
导出引用
导出核心图
  • 对于磁性材料磁有序能的来源,即外斯分子场来源,本文提出一个模型:在磁性金属和合金中的相邻离子实之间,以及磁性氧化物的相邻阴阳离子间,其外层轨道上高速运动的电子分别有一定概率形成三种不同的状态.1)具有一定寿命的自旋相反的电子对,称为外斯电子对(WEP);2)距离很近且自旋方向相同的电子,容易发生互相交换,交换前后电子的自旋方向保持不变;3)当一个离子外层轨道有2个电子,其相邻的离子外层轨道只有1个电子时,前者多出的电子可以跃迁到后者的轨道上,并且保持自旋方向不变.我们认为,WEP两个电子间的静磁吸引能是分子场(即磁有序能)的主要来源.进而,推导出WEP的能量表达式、两电子的平衡间距和最大间距,探讨了在几种钙钛矿结构锰氧化物中形成外斯电子对的概率,用以解释居里温度附近晶格常数随温度变化的特点.结果表明这个模型是合理的.
      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]

    Han B S, Nie X F, Tang G D, Xi W 1985 Acta Phys. Sin. 34 1396 (in Chinese) [韩宝善, 聂向富, 唐贵德, 奚卫 1985 物理学报 34 1396]

    [2]

    Tang G D, Ma C S, Yang L X, Ma L M 2003 Modern Physics Experiments (Shijiazhuang: Hebei Science and Technology Press) p148 (in Chinese) [唐贵德, 马长山, 杨连祥, 马丽梅 2003 近代物理实验 (石家庄: 河北科学技术出版社) 第148页]

    [3]

    Dai D S, Qian K M 1987 Ferromagnetism (Beijing: Science Press) p103 (in Chinese) [戴道生, 钱昆明 1987 铁磁学(上册) (北京: 科学出版社) 第103页]

    [4]

    Hibble S J, Cooper S P, Hannon A C, Fawcett I D, Greenblatt M 1999 J. Phys.: Condens. Matter 11 9221

    [5]

    Radaelli P G, Cox D E, Marezio M, Cheong S W, Shiffer P E, Ramirez A P 1995 Phys. Rev. Lett. 75 4488

    [6]

    Schiffer P, Ramirez A P, Bao W, Cheong S W 1995 Phys. Rev. Lett. 75 3336

    [7]

    Mahendiran R, Tiwary S K, Raychaudhuri A K, Ramakrishnan T V 1996 Phys. Rev. B 53 3348

    [8]

    Urushibara A, Moritomo Y, Arima T, Asamitsu A, Kido G, Tokura Y 1995 Phys. Rev. B 51 14103

    [9]

    Chikazumi S 1997 Physics of Ferromagnetism 2e (London: Oxford University Press) p150

    [10]

    Sthr J, Siegmann H C (translated by Ji Y) 2012 Magnetism: From Fundamentals to Nanoscale Dynamics (Beijing: Higher Education Press) p450 (in Chinese) [Sthr 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]

    [11]

    Gabal M A, Ata-Allah S S 2004 J. Phys. Chem. Solids 65 995

    [12]

    Li Y H, Kouh T, Shim I B, Kim C S 2012 J. Appl. Phys. 111 07B544

    [13]

    Fayek M K, Sayed Ahmed F M, Ata-Allah S S, Elnimer M K, Mostafa M F 1992 J. Mater. Sci. 27 4813

    [14]

    Lee D H, Kim H S, Yo C H, Ahn K, Kim K H 1998 Mater. Chem. Phys. 57 169

    [15]

    Sakurai S, Sasaki S, Okube M, Ohara H, Toyoda T 2008 Physica B 403 3589

    [16]

    Harrison F W, Osmond W P, Teale R W 1957 Phys. Rev. 106 865

    [17]

    Roumaih K 2011 J. Mol. Struct. 1004 1

    [18]

    Pervaiz E, Gul I H 2012 J. Magn. Magn. Mater. 324 3695

    [19]

    Singhal S, Chandra K 2007 J. Solid State Chem. 180 296

    [20]

    Kadam R H, Birajdar A P, Alone S T, Shirsath S E 2013 J. Magn. Magn. Mater. 327 167

    [21]

    Srivastava M, Layek S, Singh J, Das A K, Verma H C, Ojha A K, Kim N H Lee J H 2014 J. Alloys Compd. 591 174

    [22]

    Wahba A M, Mohamed M B 2014 Ceram. Int. 40 6127

    [23]

    Iqbal M J, Ahmad Z, Meydan T, Melikhov Y 2012 J. Appl. Phys. 111 033906

    [24]

    More S S, Kadam R H, Kadam A B, Shite A R, Mane D R, Jadhav K M 2010 J. Alloys Compd. 502 477

    [25]

    Ghatage A K, Patil S A, Paranjpe S K 1996 Solid State Commun. 98 885

    [26]

    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 合编 (张质贤 译) 1979 物理学常用数表 (北京: 科学出版社) 第133页]

    [27]

    Tang G D, Han Q J, Xu J, Ji D H, Qi W H, Li Z Z, Shang Z F, Zhang X Y 2014 Physica B 438 91

    [28]

    Xu J, Ji D H, Li Z Z, Qi W H, Tang G D, Zhang X Y, Shang Z F, Lang L L 2015 Phys. Status Solidi B 252 411

    [29]

    Xu J, Ma L, Li Z Z, Lang L L, Qi W H, Tang G D, Wu L Q, Xue L C, Wu G H 2015 Phys. Status Solidi B 252 2820

    [30]

    Xue L C, Lang L L, Xu J, Li Z Z, Qi W H, Tang G D, Wu L Q 2015 AIP Adv. 5 097167

    [31]

    Ding L L, Xue L C, Li Z Z, Li S Q, Tang G D, Qi W H, Wu L Q, Ge X S 2016 AIP Adv. 6 105012

    [32]

    Shang Z F, Qi W H, Ji D H, Xu J, Tang G D, Zhang X Y, Li Z Z, Lang L L 2014 Chin. Phys. B 23 107503

    [33]

    Xu J, Qi W H, Ji D H, Li Z Z, Tang G D, Zhang X Y, Shang Z F, Lang L L 2015 Acta Phys. Sin. 64 017501 (in Chinese) [徐静, 齐伟华, 纪登辉, 李壮志, 唐贵德, 张晓云, 尚志丰, 郎莉莉 2015 物理学报 64 017501]

    [34]

    Tang G D, Shang Z F, Zhang X Y, Xu J, Li Z Z, Zhen C M, Qi W H, Lang L L 2015 Physica B 463 26

    [35]

    Wu L Q, Qi W H, Li Y C, Li S Q, Li Z Z, Tang G D, Xue L C, Ge X S, Ding L L 2016 Acta Phys. Sin. 65 027501 (in Chinese) [武力乾, 齐伟华, 李雨辰, 李世强, 李壮志, 唐贵德, 薛立超, 葛兴烁, 丁丽莉 2016 物理学报 65 027501]

    [36]

    Phillips J C 1970 Rev. Mod. Phys. 42 317

    [37]

    Ji D H, Tang G D, Li Z Z, Hou X, Han Q J, Qi W H, Bian R R, Liu S R 2013 J. Magn. Magn. Mater. 326 197

    [38]

    Cohen R E 1992 Nature 358 136

    [39]

    Cohen R E, Krakauer H 1990 Phys. Rev. B 42 6416

    [40]

    Wu L Q, Li Y C, Li S Q, Li Z Z, Tang G D, Qi W H, Xue L C, Ge X S, Ding L L 2015 AIP Adv. 5 097210

    [41]

    Wu L Q, Li S Q, Li Y C, Li Z Z, Tang G D, Qi W H, Xue L C, Ding L L, Ge X S 2016 Appl. Phys. Lett. 108 021905

    [42]

    Dupin J C, Gonbeau D, Vinatier P, Levasseur A 2000 Phys. Chem. Chem. Phys. 2 1319

    [43]

    Chen C W 1977 Magnetism and Metallurgy of Soft Magnetic Materials (Amsterdam: North-Holland Publishing Company) p15

    [44]

    Qi W H, Ma L, Li Z Z, Tang G D, Wu G H 2016 Acta Phys. Sin. 66 027101 (in Chinese) [齐伟华, 马丽, 李壮志, 唐贵德, 吴光恒 2016 物理学报 66 027101]

    [45]

    Shannon R D 1976 Acta Cryst. A 32 751

    [46]

    Gou Q Q 1978 Introduction to Solid State Physics (Beijing: People's Education Press) p21 (in Chinese) [苟清泉 1978 固体物理学简明教程 (北京: 人民教育出版社) 第21页]

  • [1]

    Han B S, Nie X F, Tang G D, Xi W 1985 Acta Phys. Sin. 34 1396 (in Chinese) [韩宝善, 聂向富, 唐贵德, 奚卫 1985 物理学报 34 1396]

    [2]

    Tang G D, Ma C S, Yang L X, Ma L M 2003 Modern Physics Experiments (Shijiazhuang: Hebei Science and Technology Press) p148 (in Chinese) [唐贵德, 马长山, 杨连祥, 马丽梅 2003 近代物理实验 (石家庄: 河北科学技术出版社) 第148页]

    [3]

    Dai D S, Qian K M 1987 Ferromagnetism (Beijing: Science Press) p103 (in Chinese) [戴道生, 钱昆明 1987 铁磁学(上册) (北京: 科学出版社) 第103页]

    [4]

    Hibble S J, Cooper S P, Hannon A C, Fawcett I D, Greenblatt M 1999 J. Phys.: Condens. Matter 11 9221

    [5]

    Radaelli P G, Cox D E, Marezio M, Cheong S W, Shiffer P E, Ramirez A P 1995 Phys. Rev. Lett. 75 4488

    [6]

    Schiffer P, Ramirez A P, Bao W, Cheong S W 1995 Phys. Rev. Lett. 75 3336

    [7]

    Mahendiran R, Tiwary S K, Raychaudhuri A K, Ramakrishnan T V 1996 Phys. Rev. B 53 3348

    [8]

    Urushibara A, Moritomo Y, Arima T, Asamitsu A, Kido G, Tokura Y 1995 Phys. Rev. B 51 14103

    [9]

    Chikazumi S 1997 Physics of Ferromagnetism 2e (London: Oxford University Press) p150

    [10]

    Sthr J, Siegmann H C (translated by Ji Y) 2012 Magnetism: From Fundamentals to Nanoscale Dynamics (Beijing: Higher Education Press) p450 (in Chinese) [Sthr 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]

    [11]

    Gabal M A, Ata-Allah S S 2004 J. Phys. Chem. Solids 65 995

    [12]

    Li Y H, Kouh T, Shim I B, Kim C S 2012 J. Appl. Phys. 111 07B544

    [13]

    Fayek M K, Sayed Ahmed F M, Ata-Allah S S, Elnimer M K, Mostafa M F 1992 J. Mater. Sci. 27 4813

    [14]

    Lee D H, Kim H S, Yo C H, Ahn K, Kim K H 1998 Mater. Chem. Phys. 57 169

    [15]

    Sakurai S, Sasaki S, Okube M, Ohara H, Toyoda T 2008 Physica B 403 3589

    [16]

    Harrison F W, Osmond W P, Teale R W 1957 Phys. Rev. 106 865

    [17]

    Roumaih K 2011 J. Mol. Struct. 1004 1

    [18]

    Pervaiz E, Gul I H 2012 J. Magn. Magn. Mater. 324 3695

    [19]

    Singhal S, Chandra K 2007 J. Solid State Chem. 180 296

    [20]

    Kadam R H, Birajdar A P, Alone S T, Shirsath S E 2013 J. Magn. Magn. Mater. 327 167

    [21]

    Srivastava M, Layek S, Singh J, Das A K, Verma H C, Ojha A K, Kim N H Lee J H 2014 J. Alloys Compd. 591 174

    [22]

    Wahba A M, Mohamed M B 2014 Ceram. Int. 40 6127

    [23]

    Iqbal M J, Ahmad Z, Meydan T, Melikhov Y 2012 J. Appl. Phys. 111 033906

    [24]

    More S S, Kadam R H, Kadam A B, Shite A R, Mane D R, Jadhav K M 2010 J. Alloys Compd. 502 477

    [25]

    Ghatage A K, Patil S A, Paranjpe S K 1996 Solid State Commun. 98 885

    [26]

    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 合编 (张质贤 译) 1979 物理学常用数表 (北京: 科学出版社) 第133页]

    [27]

    Tang G D, Han Q J, Xu J, Ji D H, Qi W H, Li Z Z, Shang Z F, Zhang X Y 2014 Physica B 438 91

    [28]

    Xu J, Ji D H, Li Z Z, Qi W H, Tang G D, Zhang X Y, Shang Z F, Lang L L 2015 Phys. Status Solidi B 252 411

    [29]

    Xu J, Ma L, Li Z Z, Lang L L, Qi W H, Tang G D, Wu L Q, Xue L C, Wu G H 2015 Phys. Status Solidi B 252 2820

    [30]

    Xue L C, Lang L L, Xu J, Li Z Z, Qi W H, Tang G D, Wu L Q 2015 AIP Adv. 5 097167

    [31]

    Ding L L, Xue L C, Li Z Z, Li S Q, Tang G D, Qi W H, Wu L Q, Ge X S 2016 AIP Adv. 6 105012

    [32]

    Shang Z F, Qi W H, Ji D H, Xu J, Tang G D, Zhang X Y, Li Z Z, Lang L L 2014 Chin. Phys. B 23 107503

    [33]

    Xu J, Qi W H, Ji D H, Li Z Z, Tang G D, Zhang X Y, Shang Z F, Lang L L 2015 Acta Phys. Sin. 64 017501 (in Chinese) [徐静, 齐伟华, 纪登辉, 李壮志, 唐贵德, 张晓云, 尚志丰, 郎莉莉 2015 物理学报 64 017501]

    [34]

    Tang G D, Shang Z F, Zhang X Y, Xu J, Li Z Z, Zhen C M, Qi W H, Lang L L 2015 Physica B 463 26

    [35]

    Wu L Q, Qi W H, Li Y C, Li S Q, Li Z Z, Tang G D, Xue L C, Ge X S, Ding L L 2016 Acta Phys. Sin. 65 027501 (in Chinese) [武力乾, 齐伟华, 李雨辰, 李世强, 李壮志, 唐贵德, 薛立超, 葛兴烁, 丁丽莉 2016 物理学报 65 027501]

    [36]

    Phillips J C 1970 Rev. Mod. Phys. 42 317

    [37]

    Ji D H, Tang G D, Li Z Z, Hou X, Han Q J, Qi W H, Bian R R, Liu S R 2013 J. Magn. Magn. Mater. 326 197

    [38]

    Cohen R E 1992 Nature 358 136

    [39]

    Cohen R E, Krakauer H 1990 Phys. Rev. B 42 6416

    [40]

    Wu L Q, Li Y C, Li S Q, Li Z Z, Tang G D, Qi W H, Xue L C, Ge X S, Ding L L 2015 AIP Adv. 5 097210

    [41]

    Wu L Q, Li S Q, Li Y C, Li Z Z, Tang G D, Qi W H, Xue L C, Ding L L, Ge X S 2016 Appl. Phys. Lett. 108 021905

    [42]

    Dupin J C, Gonbeau D, Vinatier P, Levasseur A 2000 Phys. Chem. Chem. Phys. 2 1319

    [43]

    Chen C W 1977 Magnetism and Metallurgy of Soft Magnetic Materials (Amsterdam: North-Holland Publishing Company) p15

    [44]

    Qi W H, Ma L, Li Z Z, Tang G D, Wu G H 2016 Acta Phys. Sin. 66 027101 (in Chinese) [齐伟华, 马丽, 李壮志, 唐贵德, 吴光恒 2016 物理学报 66 027101]

    [45]

    Shannon R D 1976 Acta Cryst. A 32 751

    [46]

    Gou Q Q 1978 Introduction to Solid State Physics (Beijing: People's Education Press) p21 (in Chinese) [苟清泉 1978 固体物理学简明教程 (北京: 人民教育出版社) 第21页]

  • [1] 唐贵德, 李壮志, 马丽, 吴光恒, 胡凤霞. 典型磁性材料价电子结构研究面临的机遇与挑战. 物理学报, 2020, 69(2): 027501. doi: 10.7498/aps.69.20191655
    [2] 胡妮, 刘雍, 汤五丰, 裴玲, 方鹏飞, 熊锐, 石兢. La0.4Ca0.6MnO3中Mn-位Fe和Cr掺杂对磁性质的影响. 物理学报, 2014, 63(23): 237502. doi: 10.7498/aps.63.237502
    [3] 彭勇, 覃东欢, 王成伟, 力虎林. Co-Ni合金纳米线有序阵列的制备与磁性研究. 物理学报, 2001, 50(1): 144-148. doi: 10.7498/aps.50.144
    [4] 杨明宇, 杨倩, 张勃, 张旭, 蔡颂, 薛玉龙, 周铁戈. 5d过渡金属原子掺杂六方氮化铝单层的磁性及自旋轨道耦合效应:可能存在的二维长程磁有序. 物理学报, 2017, 66(6): 063102. doi: 10.7498/aps.66.063102
    [5] 任县利, 张伟伟, 伍晓勇, 吴璐, 王月霞. 高熵合金短程有序现象的预测及其对结构的电子、磁性、力学性质的影响. 物理学报, 2020, 69(4): 046102. doi: 10.7498/aps.69.20191671
    [6] 羊新胜, 赵 勇. 铁磁性锰氧化物掺杂的ZnO压敏电阻性能研究. 物理学报, 2008, 57(5): 3188-3192. doi: 10.7498/aps.57.3188
    [7] 肖定全, 韦力凡, 李子森, 朱建国, 钱正洪, 彭文斌. 金属氧化物薄膜的多离子束反应共溅射模型(Ⅰ)——模型建立. 物理学报, 1996, 45(2): 330-338. doi: 10.7498/aps.45.330
    [8] 汪裕萍, 王岩国, 杨海涛, 申承民, 杜世萱, 苏轶坤, 高鸿钧. 钴纳米粒子自组装有序阵列与磁性. 物理学报, 2003, 52(12): 3114-3119. doi: 10.7498/aps.52.3114
    [9] 孙鹏, 杜磊, 陈文豪, 何亮, 张晓芳. 金属-氧化物-半导体场效应管辐射效应模型研究. 物理学报, 2012, 61(10): 107803. doi: 10.7498/aps.61.107803
    [10] 曹磊, 刘红侠, 王冠宇. 异质栅全耗尽应变硅金属氧化物半导体模型化研究. 物理学报, 2012, 61(1): 017105. doi: 10.7498/aps.61.017105
    [11] 李丹, 李国庆. 氧化物隔离对Si基片上生长L10相FePt薄膜磁性的影响. 物理学报, 2018, 67(15): 157501. doi: 10.7498/aps.67.20180387
    [12] 成泰民, 张龙燕, 孙腾, 张新欣, 朱林, 李林. 高压下有序晶态合金Fe3Pt的低能声子不稳定性及磁性反常. 物理学报, 2015, 64(14): 146301. doi: 10.7498/aps.64.146301
    [13] 何宝平, 姚志斌. 互补金属氧化物半导体器件空间低剂量率辐射效应预估模型研究. 物理学报, 2010, 59(3): 1985-1990. doi: 10.7498/aps.59.1985
    [14] 周春宇, 张鹤鸣, 胡辉勇, 庄奕琪, 吕懿, 王斌, 王冠宇. 应变Si n型金属氧化物半导体场效应晶体管电荷模型. 物理学报, 2014, 63(1): 017101. doi: 10.7498/aps.63.017101
    [15] 肖定全, 韦力凡, 李子森, 朱建国, 钱正洪, 彭文斌. 金属氧化物薄膜的多离子束反应共溅射模型(Ⅱ)——数值计算与结果讨论. 物理学报, 1996, 45(2): 345-352. doi: 10.7498/aps.45.345
    [16] 张梦, 姚若河, 刘玉荣. 纳米尺度金属-氧化物半导体场效应晶体管沟道热噪声模型. 物理学报, 2020, 69(5): 057101. doi: 10.7498/aps.69.20191512
    [17] 宋建军, 包文涛, 张静, 唐昭焕, 谭开洲, 崔伟, 胡辉勇, 张鹤鸣. (100)Si基应变p型金属氧化物半导体[110]晶向电导率有效质量双椭球模型. 物理学报, 2016, 65(1): 018501. doi: 10.7498/aps.65.018501
    [18] 刘秀喜, 王公堂. 有机硅化合物-金属氧化物绝缘保护材料在制造高压晶闸管中的应用研究. 物理学报, 2008, 57(1): 576-580. doi: 10.7498/aps.57.576
    [19] 杨虹, 齐伟华, 纪登辉, 尚志丰, 张晓云, 徐静, 郎莉莉, 唐贵德. 钙钛矿锰氧化物La2/3Sr1/3FexMn1-xO3的结构与磁性研究. 物理学报, 2014, 63(8): 087503. doi: 10.7498/aps.63.087503
    [20] 张 军, 严启伟, 王芳卫, 袁 鹏, 张泮霖. Co和Cr掺杂对层状钙钛矿锰氧化物La1.2Sr1.8Mn2O7磁性的影响. 物理学报, 1999, 48(13): 68-73. doi: 10.7498/aps.48.68
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  725
  • PDF下载量:  282
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2016-11-15
  • 修回日期:  2016-12-08
  • 刊出日期:  2017-03-20

磁性材料磁有序的分子场来源

  • 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. 中国科学院物理研究所磁学国家重点实验室, 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: 对于磁性材料磁有序能的来源,即外斯分子场来源,本文提出一个模型:在磁性金属和合金中的相邻离子实之间,以及磁性氧化物的相邻阴阳离子间,其外层轨道上高速运动的电子分别有一定概率形成三种不同的状态.1)具有一定寿命的自旋相反的电子对,称为外斯电子对(WEP);2)距离很近且自旋方向相同的电子,容易发生互相交换,交换前后电子的自旋方向保持不变;3)当一个离子外层轨道有2个电子,其相邻的离子外层轨道只有1个电子时,前者多出的电子可以跃迁到后者的轨道上,并且保持自旋方向不变.我们认为,WEP两个电子间的静磁吸引能是分子场(即磁有序能)的主要来源.进而,推导出WEP的能量表达式、两电子的平衡间距和最大间距,探讨了在几种钙钛矿结构锰氧化物中形成外斯电子对的概率,用以解释居里温度附近晶格常数随温度变化的特点.结果表明这个模型是合理的.

English Abstract

参考文献 (46)

目录

    /

    返回文章
    返回