复杂磁性材料中磁性竞争效应的理论研究
发布时间：2022-01-13 20:09
过渡金属关联电子材料因其自旋、电荷、轨道、晶格等自由度相互耦合与竞争效应而呈现出丰富的磁性质等物性,发展新型自旋电子学器件迫切需要优良的磁性载体材料,可以给下一代信息存储和量子计算技术带来革命性的突破。其中,庞磁阻（又称“超巨磁阻”,Colossal Magneto-Resistance,CMR）材料的电阻率对外加磁场有敏感响应,可被用于超高密度的磁性存储;半金属（Half metal）材料的一个自旋通道为金属性、另一个自旋通道为绝缘性,从而可以产生100%的高效极化电流,可被用于磁隧道结（Magnetic Tunnel Junction,MTJ）。庞磁阻性质和半金属性质来源于复杂的磁性竞争效应。以Mn基钙钛矿（例如La1-xSrxMnO3）为代表的庞磁阻材料中存在复杂的铁磁性（Ferromagnetism,FM）与反铁磁性（Antiferromagnetism,AFM）的竞争,微观上与Mn-3d电子的轨道序密切相关。以Mn基Heusler（例如Cu2MnAl）为代表的半金属合金材料通常表现出类似于单质铁的铁磁性,但Heusler同时具备较强的化合物成键性质,可以产生100%的高效自旋...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁化率随温度变化的关系
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-9-当中的典型特点是由电子负责导电同样也负责磁性的来源，例如Fe、Co、Ni和它们的合金。在这里，交换相互作用产生一个与自旋有关的能带平移，使一个特定的自旋方向成为带电子的首眩虽然不能完全解决这一类问题但最简单的模型是哈伯德模型（Hubbardmodel）：12sijijiiijiHTccUnnσσσσσσ=∑+∑(1-6)式中icσ——晶格位点Ri上自旋σ电子的产生算符；cjσ——晶格位点Rj上自旋σ电子的湮灭算符；niσ——晶格点位Ri上电子占据数算符。晶格势的影响存在于跃迁积分Tij中，在这个模型中，库仑相互作用被考虑在一个简化的原子内的版本中，认为强屏蔽的库仑相互作用导致能带发生自旋相关的劈裂。如图1-3所示，是一种比较典型的铁磁状态下的自旋极化情况，上下自旋不能完全抵消，有一定程度的自旋极化。图1-3温度低于TC时铁磁体的自旋极化态密[1]如果磁性和导电性是由不同的电子群承载的，那么就称之为局域磁性，这种类型的例子是金属的4f体系Gd，一种适合这种情况的模型是s-f模型，有时也称为Kondo-lattice模型：SsfiiiH=H+HJ∑σ(1-7)式中iσ——传导电子在Ri位置的自旋算符；
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-11-图1-4顺磁和人造铁磁的态密度图[1]1.3.3.1直接交换相互作用模型（DirectExchange）由弗兰克尔与海森堡提出，海森堡利用这个交换模型成功解释了铁磁自发磁化，并且得到了磁化率与温度的关系。因为这个模型描述的是相邻原子间电子的交换相互作用，故又叫做直接交换相互作用模型。电子磁矩之间的偶极-偶极相互作用太弱，不能解释高温下的磁序现象。因此，必须找到电子间的强相互作用来解释观测结果，该相互作用必须取决于电子的自旋（或磁矩）。海森堡在1928年意识到，负责相互作用的是电子之间的库仑斥力，这种排斥作用很强，但并不明确取决于自旋。自旋选择性来自于量子力学，特别是Pauli原理，其认为即使基本相互作用相同，具有平行或反平行自旋的两个电子的行为也不同，因为在这些情况下，空间波函数ψ(r1,r2)分别必须是反对称的和对称的，这意味着具有平行自旋的两个电子不能在同一位置。c)带铁磁外观的态密度模型a)顺磁性金属的态密度b)铁磁性金属的态密度
本文编号：3587070
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁化率随温度变化的关系
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-9-当中的典型特点是由电子负责导电同样也负责磁性的来源，例如Fe、Co、Ni和它们的合金。在这里，交换相互作用产生一个与自旋有关的能带平移，使一个特定的自旋方向成为带电子的首眩虽然不能完全解决这一类问题但最简单的模型是哈伯德模型（Hubbardmodel）：12sijijiiijiHTccUnnσσσσσσ=∑+∑(1-6)式中icσ——晶格位点Ri上自旋σ电子的产生算符；cjσ——晶格位点Rj上自旋σ电子的湮灭算符；niσ——晶格点位Ri上电子占据数算符。晶格势的影响存在于跃迁积分Tij中，在这个模型中，库仑相互作用被考虑在一个简化的原子内的版本中，认为强屏蔽的库仑相互作用导致能带发生自旋相关的劈裂。如图1-3所示，是一种比较典型的铁磁状态下的自旋极化情况，上下自旋不能完全抵消，有一定程度的自旋极化。图1-3温度低于TC时铁磁体的自旋极化态密[1]如果磁性和导电性是由不同的电子群承载的，那么就称之为局域磁性，这种类型的例子是金属的4f体系Gd，一种适合这种情况的模型是s-f模型，有时也称为Kondo-lattice模型：SsfiiiH=H+HJ∑σ(1-7)式中iσ——传导电子在Ri位置的自旋算符；
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-11-图1-4顺磁和人造铁磁的态密度图[1]1.3.3.1直接交换相互作用模型（DirectExchange）由弗兰克尔与海森堡提出，海森堡利用这个交换模型成功解释了铁磁自发磁化，并且得到了磁化率与温度的关系。因为这个模型描述的是相邻原子间电子的交换相互作用，故又叫做直接交换相互作用模型。电子磁矩之间的偶极-偶极相互作用太弱，不能解释高温下的磁序现象。因此，必须找到电子间的强相互作用来解释观测结果，该相互作用必须取决于电子的自旋（或磁矩）。海森堡在1928年意识到，负责相互作用的是电子之间的库仑斥力，这种排斥作用很强，但并不明确取决于自旋。自旋选择性来自于量子力学，特别是Pauli原理，其认为即使基本相互作用相同，具有平行或反平行自旋的两个电子的行为也不同，因为在这些情况下，空间波函数ψ(r1,r2)分别必须是反对称的和对称的，这意味着具有平行自旋的两个电子不能在同一位置。c)带铁磁外观的态密度模型a)顺磁性金属的态密度b)铁磁性金属的态密度
本文编号：3587070
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/3587070.html
