Механизм двойного обмена

Механизм двойного обмена — это тип магнитного обмена , который может возникать между ионами в разных степенях окисления . Впервые предложено Кларенсом Зинером . эта теория предсказывает относительную легкость, с которой электрон может обмениваться между двумя видами, и имеет важные последствия для определения того, являются ли материалы ферромагнитными , антиферромагнитными или проявляют спиральный магнетизм. Например, рассмотрим 180-градусное взаимодействие Mn - O -Mn, при котором орбитали Mn «eg _» непосредственно взаимодействуют с орбиталями O «2p», ​​и один из ионов Mn имеет больше электронов, чем другой. В основном состоянии электроны каждого иона Mn выстраиваются в соответствии с правилом Хунда :

Пример двойного обмена в соединении $La_{1-x}A_{x}MnO_{3}$. В обмене участвуют самые внешние орбитали каждого атома, которые представляют собой 3d ⁴ для Мн ³⁺ , 3d ³ для Мн ⁴⁺ , и 2п ⁶ для О ^2- . Здесь e _g и t _2g — обозначения теории кристаллического поля для октаэдрического расщепления d-орбиталей.

Если O отдает свой электрон со спином вверх в пользу Mn ⁴⁺ , то его вакантная орбиталь может быть заполнена электроном из Mn ³⁺ . В конце процесса электрон переместился между соседними ионами металла, сохранив свой спин. Двойной обмен предсказывает, что это движение электронов от одного вида к другому будет осуществляться легче, если электронам не придется менять направление вращения , чтобы соответствовать правилам Хунда , когда они находятся на принимающем виде. Способность к прыжку (делокализации) снижает кинетическую энергию. Следовательно, общая экономия энергии может привести к ферромагнитному выравниванию соседних ионов.

Эта модель внешне похожа на супербиржу . происходит ферромагнитное или антиферромагнитное выравнивание Однако при сверхобмене между двумя атомами с одинаковой валентностью (числом электронов) ; в то время как при двойном обмене взаимодействие происходит только тогда, когда у одного атома есть дополнительный электрон по сравнению с другим.

Внешние ссылки

• Механизмы обмена у Э. Паварини, Э. Коха, Ф. Андерса и М. Джарелла: Коррелированные электроны: от моделей к материалам, Юлих, 2012 г., ISBN   978-3-89336-796-2