金属铁磁性理论—其发展和现状

在对金属磁性理论的历史背景作了简短的回顾以后,本文概要地综述了在此领域中基于非常普遍的自旋涨落概念的磁性统一图象的新近进展。人们熟知的局域矩图象是普遍自旋涨落理论的一个极限形式,而其相反的极限则为弱铁磁金属。这里,主导的是自旋涨落的长波模式。后者的理论是在最近廿年内建立的。许多铁磁金属,包括铁和镍,被认为是处于这两个极限的中间情况。最近的研究集中在发展一个内插于这两个相互对立的极限中间的统一理论。对现状及今后的问题进行了讨论。     

金属铁磁性理论及其某些进展

１９２８年海森堡把铁磁物质的自发磁化归结为原子磁矩之间的直接交换作用,这是铁磁性理论发展史上的里程碑,从此揭开了铁磁性量子理论的序幕．用海森堡的理论模型不但正确地解释了物质存在铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性等实验事实,而且还进一步发展了低温自旋波理论、铁磁相变理论和铁磁共振理论．后来克喇末（Ｋｒａｍｅｒｓ）又提出（安德森进而完善）了超交换作用理论,这一理论以氧离子作媒介正确地解释了磁性氧化物所存?...     

密度泛函理论研究闪锌矿结构CrTe和VTe半金属铁磁性的稳定性

采用基于密度泛函理论的全势能线性缀加平面波方法对闪锌矿结构CrTe和VTe的电子结构进行自旋极化计算.闪锌矿相CrTe和VTe处于平衡晶格常数时都是半金属性的,它们自旋向下子能带的带隙分别是2.82 eV和2.70 eV,半金属隙分别是0.89 eV和0.33 eV.使晶体相对于平衡晶格在±10%的范围内发生各向同性形变,对闪锌矿相CrTe和VTe的电子结构进行计算,计算结果表明相对于平衡晶格的各向同性形变分别为-6%～10%和-3%～10%时它们仍然具有半金属性质;与此同时,在以上相同的形变范围内闪锌矿相CrTe和VTe的总磁矩分别稳定于4.00μB/formula和3.00μs/formula.在晶体相对于平衡晶格发生各向同性形变分别为-6%～10%和-3%～10%时,闪锌矿相CrTe和VTe能保持半金属铁磁性.     

密度泛函理论研究闪锌矿结构CrTe和VTe半金属铁磁性的稳定性

采用基于密度泛函理论的全势能线性缀加平面波方法对闪锌矿结构CrTe和VTe的电子结构进行自旋极化计算。闪锌矿相CrTe和VTe处于平衡晶格常数时都是半金属性的,它们自旋向下子能带的带隙分别是2.82eV和2.70eV,半金属隙分别是0.89eV和0.33eV. 使晶体相对于平衡晶格在±10%的范围内发生各向同性形变,对闪锌矿相CrTe和VTe的电子结构进行计算,计算结果表明相对于平衡晶格的各向同性形变分别为-6 %~ 10 %和-3 %~10 %时它们仍然具有半金属性质;与此同时,在以上相同的形变范围内闪锌矿相CrTe和VTe的总磁矩分别稳定于4.00 /formula和3.00 /formula. 在晶体相对于平衡晶格发生各向同性形变分别为-6%~10%和-3 %~10 %时,闪锌矿相CrTe和VTe能保持半金属铁磁性。     

铁磁性的量子理论

本文用双时格林函数方法计算了铁磁性金属在整个温度范围内的自发磁化强度和磁各向异性常数K₁。计算中考虑了平均每个原子的d电子数非整数的事实和同一原子内d电子之间的交换作用。所得结果较普通Heisenberg模型的有所改进。K₁随温度的变化性质可以得到定性的解释。     

系列CoMnZnZ四元Heusler化合物的结构和半金属铁磁性

通过第一原理计算理论预测了CoMnZnZ (Z=Si, Ge, Sn, Pb)系列Heusler合金的弹性常数、电子结构和磁性,并根据弹性常数计算得到弹性模量等参量,计算了该系列化合物声速和德拜温度.计算采用全势线性缀加平面波方法,交换相关函数采用基于Perdew-Burke-Ernzerhof的广义梯度近似泛函.弹性模量结果表明晶体呈现韧性特征;承受剪切的性能弱于承受单轴压缩的性能;结构组成具有较低的各向异性性能.电子结构的计算显示CoMnZnZ (Z=Si, Ge, Sn)三个化合物属于半金属铁磁体,但是CoMnZnPb化合物并不显示半金属特性. CoMnZnZ (Z=Si, Ge, Sn)三个化合物的磁矩通过Slater-Pauling法则进行计算得到的量值与第一原理计算得到的完全一致,遵从总的价电子数减去28的Slater-Pauling法则,三个化合物磁矩为整数且自旋极化率为100%.利用轨道杂化理论解释了此系列化合物半金属性的根源.     

镍掺杂ZnO的半金属铁磁性质和光学性质的研究

采用基于局域密度泛函理论的第一原理平面波超软膺势法,研究了纯净ZnO和Ni掺杂ZnO后的能带结构、电子态密度以及光学性质,结果表明:Ni掺杂ZnO后存在自旋极化,体系表现出半金属铁磁性质,可以实现自旋极化载流子的注入,并且在可见光区和紫外光区(1.98 eV～5.61 eV)的吸收系数显著提高.     

第一性原理研究闪锌矿结构CrSe和CrAs半金属铁磁性的稳定性

运用第一性原理的全势能线性缀加平面波方法对闪锌矿结构CrSe和CrAs的电子结构进行自旋极化计算.闪锌矿结构CrSe和CrAs处于晶格平衡时都具有半金属性,它们自旋向下的电子能带带隙分别为3.38 eV和1.79 eV,同时,它们的自旋总磁矩分别为4.00和3.00μ_B/formula.自旋总磁矩主要来源于Cr的原子磁矩,Se和As的原子磁矩对总磁矩的贡献很小而且为负值,因而它们具有明显的铁磁性特征.使晶体晶格在±10%的范围内发生各向同性形变,对闪锌矿结构CrSe和CrAs的电子结构进行计算.计算结果表明,当晶格各向同性形变分别为-4%～10%和-2%～10%时,闪锌矿结构CrSe和CrAs仍然保持半金属铁磁性,并且总磁矩都稳定于4.00和3.00μ_B/formula.     

第一性原理研究half-Heusler合金VLiBi和CrLiBi的半金属铁磁性

构建只含有一种过渡金属元素的half-Heusler合金VLiBi和CrLiBi.采用第一性原理的全势能线性缀加平面波方法计算half-Heusler合金VLiBi和CrLiBi的电子结构.计算结果表明,VLiBi和CrLiBi是半金属性铁磁体,它们的半金属隙分别是0.25 eV和0.46 eV,晶胞总磁矩分别为3.00 μ_B和4.00 μ_B.磁性计算结果显示,晶胞总磁矩主要来源于V和Cr的原子磁矩,Li和Bi的原子磁矩较弱,而且Bi的原子磁矩为负值.利用平均场近似方法计算合金的居里温度T_C,VLiBi和CrLiBi的居里温度（T_C）的估算值分别为1401 K和1551 K.使晶格常数在±10%的范围内变化,分别计算VLiBi和CrLiBi的电子结构.计算研究表明,晶格常数在-5.6%–10%和-6.9%–10%的范围内变化时VLiBi和CrLiBi仍具有半金属性,并且晶胞总磁矩稳定于3.00 μ_B和4.00 μ_B.采用局域密度近似（LDA）+U（电子库仑相互作用项）的方法计算VLiBi和CrLiBi的电子结构,当U的取值增大到5 eV时VLiBi和CrLiBi仍保持半金属性.此外,采用考虑自旋-轨道耦合（spin-orbit coupling,SOC）效应的广义梯度近似（GGA）+SOC方法计算VLiBi和CrLiBi的电子结构,计算结果显示有微弱的自旋向下能带穿过费米能级,此时VLiBi和CrLiBi在费米面处的自旋极化率分别为98.8%和94.3%,它们的晶胞总磁矩分别为3.03 μ_B和4.04 μ_B.VLiBi的半金属性几乎不受SOC效应的影响,而CrLiBi在费米面处仍有较高的自旋极化率.     

第一性原理研究闪锌矿结构CrSe和CrAs半金属铁磁性的稳定性

运用第一性原理的全势能线性缀加平面波方法对闪锌矿结构CrSe和CrAs的电子结构进行自旋极化计算。闪锌矿结构CrSe和CrAs处于晶格平衡时都具有半金属性,它们自旋向下的电子能带带隙分别为3.38eV 和1. 79eV,同时,它们的自旋总磁矩分别为4.00和3.00μB/formula。自旋总磁矩主要来源于Cr的原子磁矩,Se和As的原子磁矩对总磁矩的贡献很小而且为负值,因而它们具有明显的铁磁性特征. 使晶体晶格在±10%的范围内发生各向同性形变,对闪锌矿结构CrSe和CrAs的电子结构进行计算. 计算结果表明,当晶格各向同性形变分别为-4 % ~ 10 %和-2 % ~10 %时,闪锌矿结构CrSe和CrAs仍然保持半金属铁磁性,并且总磁矩都稳定于4.00和3.00μB/formula.     

当代计量学的现状和发展①——序言

度量衡在 2 0世纪中随着自然科学、技术科学和社会科学的发展不断的进步 .特别是当代物理学的飞速发展使度量衡在内涵与形式上与古代相比都有了彻底的更新 .自本期开始我们将开辟“当代计量学的现状和发展”连载栏目 ,请中国计量科学研究院顾问、前计量科学研究院院长、国际米定义咨询委员会委员赵克功研究员连续撰文 ,为我们介绍当代计量学的状况及其应用和 2 1世纪计量学在自然科学、技术科学和社会科学发展中的作用以及它们相互促进的关系 .本期发表的是这系列文章的序言 .     

Bethe-Weiss方法在固溶体铁磁性统计理论中的应用

Bethe-Weiss方法是Bethe对合金有序现象所创建的近似理论被移植于铁磁性海森堡模型的统计理论的结果。在这方法中,我们选出由一个中心原子与它所有的最近邻原子所组成的集团作为处理的对象,它们之间的交换作用得到精确的对待,而集团以外的原子的作用就近似地用一有效场代替,后者由自洽条件来推。我们应用这一方法来计算由磁性原子(自旋为1/2)与非磁性原子组成的代换固溶体在较高温度段内的铁磁性,得出简单立方和体心立方晶格居里点T_c随非磁性原子浓度f的增加而下降的曲线,居里点以上的磁化率与磁矩的短程有序能与温度的关系。由后者看出,当f增加时,在有较高的短程有序的情况下才出现铁磁性。从居里点的计算中发现:这一方法只能应用在非磁性原子的浓度较低的情况,我们讨论了这一事实出现的原因。     

有限时间热力学理论和应用的发展现状

回顾了有限时间热力学的发展史,从物理学和工程学两个角度全面评述了其理论和应用研究发展现状,重点介绍了有限时间和／或有限尺寸约束条件下热力过程和装置的性能优化问题,指出了广义热力学优化将是其发展方向。     

有限时间热力学理论和应用的发展现状

回顾了有限时间热力学的发展史，从物理学和工程学两个角度全面评述了其理论和应用研究发展现状，重点介绍了有限时间和／或有限尺寸约束条件下热力过程和装置的性能优化问题，指出了广义热力学优化将是其发展方向。     

非晶态铁磁性Fe—TM—B合金的相干势近似

非晶态(Fe_1-xTM_x)_1-yB_y合金的居里温度与x的相关性可用相干势近似作计算。并归于对三次方程的求解。由此所得交换作用J_Fe-Fe均呈正值,而J_Fe-TM及J_TM-TM均呈负值。对Fe-Mn-B合金,我们所得结论与Onodera的结论不同。 关键词：     

Cr—Fe—Mn合金中的反铁磁性及输运性质

本工作通过对Ｃｒ７５（ＦｅｘＭｎ１－ｘ）２５合金在液氮温区的电阻、热电势、比热的测量对该合金的磁性进行了研究。结果表明，ｘ＝０．６４，０．７２样品的电阻在奈尔温度下随温度随低而上升。热电势随温度变化有一最大值，说明该合金具有自旋密度波型的反铁磁性。     

混合价锰氧化物的金属—绝缘体转变和特大磁电阻理论

提出了一个包括双交换自旋无序和非磁无序的局域化模型，解释了锰氧化物的异常磁性和输运性质．     

等效介质理论在氢—金属系统中的应用

近十年来发展起来的等效介质理论（ＥＭＴ），可以定性地，甚至在许多情况下可以定理地说明氢－金属系统的现象和特性，例如氢在金属表面上的化学吸附，金属中间隙氢原子的溶解热，金属缺陷对氢原子的俘获与排斥，金属中氢原子之间的相互作用，氢原子在金属中的扩散位垒等等．本文很据该理论及其和实验的比较，讨论了氢原子与金属之间的相互作用和有关现象．     

超导磁体系统稳定性理论发展现状

目前,就超导电性的应用而言,最大量、最有成效的是超导磁体的应用．超导磁体技术是基于Ｎｂ－Ｔｉ,Ｎｂ３Ｓｎ和Ｖ３Ｇａ等强磁场超导体在高场下能承载很高的超导电流密度的特性．然而,由于硬超导体本身存在着不稳定性的内禀因素,用性能良好的长线绕制的磁体常呈现严重的不稳定性（退化效应、锻炼效应、低场不稳定性）,使磁体性能很难预测．这给磁体的设计带来很大困难．人们从实践中逐渐认识到,作为强磁场超导?...     

三元化合物ZnCrS2电子结构和半金属铁磁性的第一性原理研究

以闪锌矿相的ZnS 2×2×1超原胞为基础,通过将其中的Zn用Cr按1∶1配比进行了a和b两种不同位置的替换构造出了三元化合物ZnCrS₂ 理论模型,然后采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势(PWPP)方法分别计算了两种不同模型ZnCrS₂的电子结构和磁学性质. 结果表明,两种模型的ZnCrS₂的铁磁态都比反铁磁态更稳定,均是半金属铁磁体(半金属能隙分别为0.9631 eV和0.7556 eV), 其中a位替换不但具有较大的半金属 关键词： 2')" href="#">ZnCrS₂ 电子结构 半金属铁磁性 第一性原理