total magnetic moment 与键长shrinkage

lyfchem

They attributed this shrinkage to the decrease of the total magnetic
moment compared with that found in bare Co nanoparticle due
to the antiparallel ordering of the spin moments of the shell Au
atoms with respect to the spin moments of the Co core
atoms.
Q1：total magnetic moment 与键长shrinkage有什么关系？
Q2：总磁矩的大小和spin moments排布方式有什么关系？

sobereva

1 关系没那么明确，没有你的体系结构也不好说。估计只是作者发现体系中金原子的自旋磁矩与Co的相反，又观测到了团簇的收缩，所以推断可能存在联系。
2 整个体系的自旋磁矩就是每个原子自旋磁矩矢量和，如果体系内有的原子单电子自旋相反，自旋磁矩就会相互抵消，使得总磁矩没有所有原子单电子都自旋平行时大。

lyfchem

谢谢老师的讲解

万里云

这个应该可以用海森堡模型近似解释。
磁相互作用对系统总能的附加项为H' = -J * Sum[ S_i * S_j ]，J为交换系数，S_i和Sj分别为原子i和j的上的电子的自旋算符。

因为这个体系是反铁磁耦合，因此S_i * S_j 期望值小于零，根据能量最低原则，推知交换系数一定小于零（如果大于零则磁相互作用项的基态能为正值）。


交换系数和波函数重叠有关。原子相隔越近，波函数重叠越厉害，交换系数越小（含符号）。比如说两原子相距0.5 angstrom时交换系数为 -1.5，相距0.2 angstrom时就可能变成-5。


再根据能量最低原则，两个原子必然相互靠近，使得交换系数变小，总能变低。但不能无限小下去，因为随着距离变小，电子间排斥作用增强，总能又上去了。