Диэлектрики полупроводники, металлы - Слэтер Дж.
Скачать (прямая ссылка):
положительных спинов в одних узлах, а всех отрицательных - в соседних.
Более полное исследование этого вопроса будет дано в следующем томе этой
серии. Здесь следует лишь отметить, что в щелочных металлах такого рода
антиферромагнетизм электронов проводимости экспериментально не
наблюдался. Как согласовать это с видом волновой функции в методе
альтернантных молекулярных орбит? Ответ- нужно искать в учете
конфигурационного взаимодействия, в силу которого представление волновой
функции в виде одного детерминанта становится недостаточным. Как уже
упоминалось, операция проектирования, выделяющая синглетную волновую
функцию из рассматривавшегося выше детерминанта, приводит лишь к очень
малому изменению энергии системы. Волновая функция ее, однако, при этом
изменяется весьма значительно. В работе[37] было показано, что
действительно правильную волновую функцию основного состояния в данном
случае можно получить, только существенно учитывая конфигурационное
взаимодействие. Опишем конфигурации, которые нужно смешать с чисто
антиферромагнитной. Разобьем •кристалл на ряд доменов; внутри каждого из
них имеет место полное антиферромагнитное упорядочение спинов, по при
переходе от одного домена к другому фаза меняется, так что в домене
противоположной фазы положительные и отрицательные тайны меняются местами
по сравнению с исходным. Внутри всех доменов энергия одна и та же, однако
вблизи границ она несколько меняется, поскольку там появляются пары
ближайших соседей с неправильной относительной ориентацией спинов. Если у
границ находится небольшая часть всех атомов, то энергия будет почти
такой же, как и в полностью антиферромагнитной структуре. Учет
конфигурационного взаимодействия, типичного для истинного основного
состояния, состоит в том, чтобы взять смесь многих волновых функций
указанного типа.
288
Гл. 10. Методы Томаса - Ферми и Вигнера - Зейтца
Такая доменная структура должна нарушать дальний порядок, характерный для
идеального антиферромагнетика. Если бы домены были достаточно малы, то
дифракция нейтронов происходила бы так же, как и в случае малых образцов:
линии дифракционной картины были бы столь уширены, что в них совсем
нельзя было бы распознать обычных дифракционных линий. Поскольку в
щелочных металлах дифракция нейтронов не обнаруживает антиферромагнитного
дальнего порядка, следует признать, что там доменная, или мозаичная,
структура "доведена до крайности": ей отвечают домены, размеры которых
едва ли больше нескольких атомных диаметров. Другими словами, на языке
переходов от порядка к беспорядку, которые мы еще не успели рассмотреть,
здесь нет дальнего порядка, а имеется лишь некоторый ближний порядок. Это
приводит к ситуации, близкой к рассмотренной в начале предыдущего
параграфа: вблизи электрона с заданной ориентацией спина повышена
вероятность нахождения электронов с противоположными спинами; однако при
переходе к большим расстояниям этот эффект скоро размывается. Иначе
говоря, в щелочных металлах имеется некоторая тенденция к тому, чтобы
спины электронов центрального атома и ближайших его соседей были
антипарал-лельны, а спины электронов следующих соседей были ориентированы
так же, как и в центральном атоме. Мы имеем здесь осциллирующее
распределение спинов. Однако амплитуда осцилляций должна очень быстро
убывать по мере удаления от центрального атома, так что по прошествии
нескольких атомных расстояний электрон может с равной вероятностью иметь
любое направление спина.
Такая ситуация, по-видимому, широко распространена, тогда как
обнаруженный в хроме дальний порядок, приводящий к наблюдаемому
антиферромагнетизму, представляет собой граздо менее общее явление. Такой
антиферромагнетизм на малых расстояниях, вероятно, играет важную роль в
установлении кристаллической структуры металлов. Объемноцентрированная
кубическая решетка идеально подходит для чередующегося расположения
спинов, характерного для антиферромагнетика. Гексагональная решетка, если
она достаточно отличается от плот-ноупакованной структуры, допускает
чередование лишь в некоторой степени, а гранецентрированная кубическая
структура не допускает его совсем. Как было сообщено автору Корнишем1),
эти факты замечательным образом коррелируют с наблюдаемой структурой
кристаллов металлических элементов. Щелочные
') A. J. С о г n i s h, частное сообщение.
Литература
289
металлы с наполовину заполненной электронами s-оболочкой и элементы типа
хрома с наполовину заполненной d-оболочкой стремятся образовать
объемноцентрированную кубическую структуру, У этих элементов отдельные
атомы должны обладать отличным от нуля магнитным моментом и потому
рассмотренное выше антиферромагнитное упорядочение (на больших или малых
расстояниях) должно быть весьма эффективным. Отступая от этих элементов в
любом направлении в периодической таблице, мы приходим к веществам с
гексагональной структурой. Наконец, в случае определенно немагнитных
