双交换作用

双交换作用

双交换作用是一种在不同氧化态的离子之间出现的磁交换机制，由Clarence Zener首次提出。该理论对于理解材料的磁性性质具有重要意义。

双交换机制是一种可能在不同氧化态的离子之间出现的磁交换。该理论首先由 Clarence Zener 提出，预测了电子在两种物质之间交换的相对容易程度，并且对材料是铁磁、反铁磁还是表现出螺旋磁性具有重要意义。例如，考虑Mn-O-Mn 的 180 度相互作用，其中 Mn eg 轨道直接与 O 2p 轨道相互作用，并且其中一个 Mn 离子比另一个具有更多的电子。在基态，每个 Mn 离子上的电子根据洪德规则排列：

如果 O 将其自旋向上的电子放弃给 Mn4+，则其空轨道可以由来自 Mn3+ 的电子填充。在这个过程结束时，一个电子在相邻的金属离子之间移动，并保持其自旋。

双重交换预测，如果电子在接受物种上时不必改变自旋方向以符合洪德规则，那么电子从一个物种到另一个物种的移动将更容易。跳跃（离域）的能力降低了动能。因此，整体节能可以导致相邻离子的铁磁排列。

这个模型在表面上类似于超级交换。然而，在超交换中，两个具有相同化合价（电子数）的原子之间会发生铁磁或反铁磁排列；而在双重交换中，只有当一个原子比另一个原子多一个电子时才会发生相互作用。

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