Введение

Двойной механизм обмена - это тип магнитного обмена, который может возникать между ионами в разных состояниях окисления. Впервые предложенная Кларенсом Зенером, эта теория предсказывает относительную легкость, с которой электрон может быть обменен между двумя видами и имеет важные последствия для того, являются ли материалы ферромагнитными, антиферромагнитными или демонстрируют спиральный магнетизм. Например, рассмотрим 180-градусное взаимодействие Mn O Mn, в котором орбиталы Mn "eg" напрямую взаимодействуют с орбиталами O "2p", и один из ионов Mn имеет больше электронов, чем другой. В основном состоянии электроны каждого иона Мн выровнены в соответствии с правилом Хунда: если О отдает свой спин-ап электрон Mn4+, его вакантный орбиталь может быть заполнен электроном из Mn3+. В конце процесса электрон перемещается между соседними ионами металла, сохраняя свой спин. Двойной обмен предсказывает, что это движение электронов от одного вида к другому будет облегчено, если электронам не придется менять направление вращения, чтобы соответствовать правилам Хунда, когда они находятся на принимающем виде. Способность прыгать (делокализоваться) уменьшает кинетическую энергию. Следовательно, общая экономия энергии может привести к ферромагнитному выравниванию соседних ионов. Эта модель поверхностно похожа на суперобмен. Однако при суперобмене происходит ферромагнитное или антиферромагнитное выравнивание между двумя атомами с одинаковым валентностью (число электронов); в то время как при двойном обмене взаимодействие происходит только тогда, когда один атом имеет дополнительный электрон по сравнению с другим.