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[综合讨论] 请教磁性的若干问题

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最近关注的一个体系涉及到磁性的问题,有很多疑点,希望在这里可以得到解答,具体着这样的:文献中通过计算得出LiFeSO4F和FeSO4F都具有反铁磁性的基态,磁矩分别是3.79μB和4.31μB,




然后说之所以表现反铁磁性是和过渡金属Fe有关,而测出的磁矩与通过Fe离子的电子组态按洪特规则计算得出的相符合,对比如下

                                             

然后看固体物理的书知道产生磁性的根本原因是电子的自旋运动、电子的轨道运动和原子核的自旋运动,分别产生电子自旋磁矩、电子轨道磁矩和核自旋磁矩(可忽略)。电子运动的磁距一般是轨道磁距和自旋磁矩的矢量和。区分不同磁性如下图所示:
              文献的三种反铁磁性配置:   

以下是我的问题:
1、平常说的O2分子的磁性和材料的磁性有什么区别?
2、磁性材料所表现的磁性是一种宏观概念,而原子的电子组态或者说电子运动的磁距是微观概念,二者是如何联系的?Fe2+和Fe3+都具有磁矩,这与整个材料的磁矩是怎么联系的?图7.2中的磁序排列和磁性配置相对应吗,不清楚每个原子的磁性和总体表现的磁性什么联系?
3、文献中用VASP计算这两个材料,给出的参数如下

这个是优化的时候就需要设置磁性吗,VASP中磁性怎么设呢?还有是不是这两个结构优化后的所有相关计算都要继续设置磁性?

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2015-8-17 19:31:33 | 只看该作者 Only view this author
该贴两张图片没有显示,已重新发了一个,这个作废!

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2015-8-17 19:39:30 | 只看该作者 Only view this author
wernea 发表于 2015-8-17 19:31
该贴两张图片没有显示,已重新发了一个,这个作废!

这个是完整版的链接:
http://bbs.keinsci.com/forum.php ... 09&fromuid=1585

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发表于 Post on 2015-8-17 19:55:05 | 只看该作者 Only view this author
1. 固体材料磁性有抗磁、顺磁、铁磁、亚铁磁、反铁磁五种。个人感觉,这种分类方式并不正交,抗磁和顺磁是根据材料对外磁场的响应定义的,而后三种却根据磁性微结构间磁矩取向来定义。氧分子中两个氧原子磁矩按铁磁方式耦合,但氧却是顺磁材料,详情可以百度那个把液态氧加到磁场里的实验。

2.具有磁矩的原子或离子间先耦合,形成小的磁畴;磁畴间再耦合,最终决定整个材料的磁化状态。宏观磁性与微观磁性的联系是:

抗磁性材料有一定内秉磁矩,外磁场下内秉磁矩翻转,抵消一部分外磁场,如果是超导体则能抵消全部外磁场(迈斯纳效应);

顺磁性材料内秉磁矩很小,或几乎没有,或者虽有内秉磁矩但磁矩取向杂乱无章,外磁场下没多大反应。这方面的一个例子是非常小的四氧化三铁颗粒,块体四氧化三铁是铁磁性材料,但很小的颗粒却是超顺磁材料;

铁磁、反铁磁、亚铁磁三种材料内秉磁矩都不小,但磁矩取向不一样;取向完全一致是铁磁,正反完全配对是反铁磁,部分配对是亚铁磁;

总之原子间磁矩耦合和宏观磁性间联系不很直观,中间还隔着一个磁畴的概念。有专门模拟磁畴结构的程序。

3. 最好优化的时候就指定磁性,通过MAGMOM这个参数(好像是这个)。

另外,如果计算的时候只考虑自旋极化而没考虑非共线磁化,那么总自旋的z分量是个好量子数,这种情况下磁矩应该是整数的,我是一直搞不懂这种非整数磁矩怎么来的。

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2015-8-17 20:23:08 | 只看该作者 Only view this author
万里云 发表于 2015-8-17 19:55
1. 固体材料磁性有抗磁、顺磁、铁磁、亚铁磁、反铁磁五种。个人感觉,这种分类方式并不正交,抗磁和顺磁是 ...

这个非共线磁化是什么意思?

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发表于 Post on 2015-8-17 20:35:55 | 只看该作者 Only view this author
wernea 发表于 2015-8-17 20:23
这个非共线磁化是什么意思?

就是不止考虑自旋z分量。

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2015-8-17 20:51:26 | 只看该作者 Only view this author
万里云 发表于 2015-8-17 20:35
就是不止考虑自旋z分量。

好的,谢谢!

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发表于 Post on 2015-8-17 23:50:17 | 只看该作者 Only view this author
万里云 发表于 2015-8-17 19:55
1. 固体材料磁性有抗磁、顺磁、铁磁、亚铁磁、反铁磁五种。个人感觉,这种分类方式并不正交,抗磁和顺磁是 ...

O2估计流态下因为分子热运动而磁矩总体也是没方向的,但在外场下能够克服,因此定义和固体还是有些差别的。

单重态的情况还应该进一步讨论:自旋极化单重态(对称破缺)的情形两个未成对电子自旋方向相反,而且一般局域在两个不同的区域,且总磁矩恰好为0,这样是反铁磁性;没有单电子的情形(完全配对)呈现抗磁性(铜就是个例子)。

我不确定一些磁矩分数体系是不是应该是其未配对电子的带穿过Fermi能级(组态混合)引起的。

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2015-8-18 09:29:09 | 只看该作者 Only view this author
卡开发发 发表于 2015-8-17 23:50
O2估计流态下因为分子热运动而磁矩总体也是没方向的,但在外场下能够克服,因此定义和固体还是有些 ...

感觉还是比较难理解,可能自己专业知识不够扎实,希望继续谈论

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发表于 Post on 2015-8-18 11:10:40 | 只看该作者 Only view this author
建议楼主看近角聪信的《铁磁性物理学》,兰州大学出版的译本。

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发表于 Post on 2015-8-18 11:21:01 | 只看该作者 Only view this author
卡开发发 发表于 2015-8-17 23:50
O2估计流态下因为分子热运动而磁矩总体也是没方向的,但在外场下能够克服,因此定义和固体还是有些 ...

磁矩为分数的,计算的时候一般都用了展宽。

我的理解是不同电子间自旋相互作用应该是一种磁相互作用,作用能是J * s_i 点乘 s_j的样子。s_i点乘s_j应该是six * sjx + siy * sjy + siz * sjz,如果只考虑siz * sjz项,就是自旋极化,如果三项全考虑就是非共线磁化。

在只考虑siz * sjz的情况下,总自旋分量Sz和哈密顿量对易,可以取到本征值。Sz的本征值应该是1/2的整数倍才对。再考虑到单电子自旋的朗德因子是2,总磁矩应该是整数。

难道问题出现在多电子的郎德因子上?

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发表于 Post on 2015-8-18 13:19:18 | 只看该作者 Only view this author
万里云 发表于 2015-8-18 11:21
磁矩为分数的,计算的时候一般都用了展宽。

我的理解是不同电子间自旋相互作用应该是一种磁相互作用, ...

对于金属体系,即便不使用展宽在穿过Fermi能级的带占据也不是整数。对于Bulk结构大多讨论的是单胞,磁矩通常参考的是per cell的,按照原子分子的方式讨论可能行不通。
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2015-8-18 17:40:54 | 只看该作者 Only view this author
万里云 发表于 2015-8-18 11:21
磁矩为分数的,计算的时候一般都用了展宽。

我的理解是不同电子间自旋相互作用应该是一种磁相互作用, ...

刚看了一篇文章,他分别设置了自旋极化和非自旋极化来计算锂离子正极材料的电压,请问这个极化作用在vasp上是设置ispin=2,而非极化作用是设置ispin=1吗?还有文献用了反铁磁性,但没说磁序,按理说磁序需要先做好各种可能的排列组合,通过计算选出能量最低的,那文献一点都没提到这些,是默认用最简单的up/down/up/down的配置吗?

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发表于 Post on 2015-8-18 19:06:27 | 只看该作者 Only view this author
wernea 发表于 2015-8-18 17:40
刚看了一篇文章,他分别设置了自旋极化和非自旋极化来计算锂离子正极材料的电压,请问这个极化作用在vasp ...

如果已经知道这个材料是什么磁性,一般就按照这个磁序直接算即可。
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发表于 Post on 2015-8-18 19:31:57 | 只看该作者 Only view this author
wernea 发表于 2015-8-18 17:40
刚看了一篇文章,他分别设置了自旋极化和非自旋极化来计算锂离子正极材料的电压,请问这个极化作用在vasp ...

ipsin确实是这么设置。

初始磁矩设定是个很费事的工作,不过文献里已经给定了,可以直接套用。

本版积分规则 Credits rule

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