過渡金屬關(guān)聯(lián)電子材料因其自旋、電荷、軌道、晶格等自由度相互耦合與競爭效應(yīng)而呈現(xiàn)出豐富的磁性質(zhì)等物性,發(fā)展新型自旋電子學(xué)器件迫切需要優(yōu)良的磁性載體材料,可以給下一代信息存儲和量子計算技術(shù)帶來革命性的突破。其中,龐磁阻（又稱“超巨磁阻”,Colossal Magneto-Resistance,CMR）材料的電阻率對外加磁場有敏感響應(yīng),可被用于超高密度的磁性存儲;半金屬（Half metal）材料的一個自旋通道為金屬性、另一個自旋通道為絕緣性,從而可以產(chǎn)生100%的高效極化電流,可被用于磁隧道結(jié)（Magnetic Tunnel Junction,MTJ）。龐磁阻性質(zhì)和半金屬性質(zhì)來源于復(fù)雜的磁性競爭效應(yīng)。以Mn基鈣鈦礦（例如La1-xSrxMnO3）為代表的龐磁阻材料中存在復(fù)雜的鐵磁性（Ferromagnetism,FM）與反鐵磁性（Antiferromagnetism,AFM）的競爭,微觀上與Mn-3d電子的軌道序密切相關(guān)。以Mn基Heusler（例如Cu2MnAl）為代表的半金屬合金材料通常表現(xiàn)出類似于單質(zhì)鐵的鐵磁性,但Heusler同時具備較強(qiáng)的化合物成鍵性質(zhì),可以產(chǎn)生100%的高效自旋... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

磁化率隨溫度變化的關(guān)系

哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文-9-當(dāng)中的典型特點(diǎn)是由電子負(fù)責(zé)導(dǎo)電同樣也負(fù)責(zé)磁性的來源，例如Fe、Co、Ni和它們的合金。在這里，交換相互作用產(chǎn)生一個與自旋有關(guān)的能帶平移，使一個特定的自旋方向成為帶電子的首眩雖然不能完全解決這一類問題但最簡單的模型是哈伯德模型（Hubbardmodel）：12sijijiiijiHTccUnnσσσσσσ=∑+∑(1-6)式中icσ——晶格位點(diǎn)Ri上自旋σ電子的產(chǎn)生算符；cjσ——晶格位點(diǎn)Rj上自旋σ電子的湮滅算符；niσ——晶格點(diǎn)位Ri上電子占據(jù)數(shù)算符。晶格勢的影響存在于躍遷積分Tij中，在這個模型中，庫侖相互作用被考慮在一個簡化的原子內(nèi)的版本中，認(rèn)為強(qiáng)屏蔽的庫侖相互作用導(dǎo)致能帶發(fā)生自旋相關(guān)的劈裂。如圖1-3所示，是一種比較典型的鐵磁狀態(tài)下的自旋極化情況，上下自旋不能完全抵消，有一定程度的自旋極化。圖1-3溫度低于TC時鐵磁體的自旋極化態(tài)密[1]如果磁性和導(dǎo)電性是由不同的電子群承載的，那么就稱之為局域磁性，這種類型的例子是金屬的4f體系Gd，一種適合這種情況的模型是s-f模型，有時也稱為Kondo-lattice模型：SsfiiiH=H+HJ∑σ(1-7)式中iσ——傳導(dǎo)電子在Ri位置的自旋算符；

哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文-11-圖1-4順磁和人造鐵磁的態(tài)密度圖[1]1.3.3.1直接交換相互作用模型（DirectExchange）由弗蘭克爾與海森堡提出，海森堡利用這個交換模型成功解釋了鐵磁自發(fā)磁化，并且得到了磁化率與溫度的關(guān)系。因為這個模型描述的是相鄰原子間電子的交換相互作用，故又叫做直接交換相互作用模型。電子磁矩之間的偶極-偶極相互作用太弱，不能解釋高溫下的磁序現(xiàn)象。因此，必須找到電子間的強(qiáng)相互作用來解釋觀測結(jié)果，該相互作用必須取決于電子的自旋（或磁矩）。海森堡在1928年意識到，負(fù)責(zé)相互作用的是電子之間的庫侖斥力，這種排斥作用很強(qiáng)，但并不明確取決于自旋。自旋選擇性來自于量子力學(xué)，特別是Pauli原理，其認(rèn)為即使基本相互作用相同，具有平行或反平行自旋的兩個電子的行為也不同，因為在這些情況下，空間波函數(shù)ψ(r1,r2)分別必須是反對稱的和對稱的，這意味著具有平行自旋的兩個電子不能在同一位置。c)帶鐵磁外觀的態(tài)密度模型a)順磁性金屬的態(tài)密度b)鐵磁性金屬的態(tài)密度


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