作者：王永忠交换哈密顿量铁磁态反铁磁态自旋玻璃态hamiltonian反铁磁性物质交换竞争平行排列表示系统weiss电子体系
摘要：对于一个N电子体系, 正确的交换Hamilton应该由两项组成,为Hex=-2A1∑i〈jsi·sj-2A2∑i〈jsi·sj,而不是以往的铁磁学理论使用的Hex=-2A∑i〈jsi·sj (其中A为A1与A2的代数和, A1>0, A2〈0), 以往的理论使用了一个不合理的交换Hamiltonian量.-2A1∑i〈jsi·sj与-2A2∑i〈jsi·sj在数学上是同类项,但是在物理上不是同类项,它们有不同的本征态和本征值.根据量子力学中的态叠加原理,这个电子系统的本征态矢为X〉=(1 A21+A22)(A11〉+A2‖2〉),其中Dirac符号1〉表示系统所有电子的自旋平行排列时的态(简称平行自旋态)矢量,2〉表示系统所有电子或最近邻电子的自旋反平行排列时的态(简称反平行自旋态)矢量,Hex的本征值(即系统的交换能)为E=-Nz(A1-A2)-(2NzA22 A1+A2)=-Nz(A2-A1)-(2NzA21 A1+A2),其中z为最近邻电子数.当A2=0时,X〉=1〉,E =-A1, 系统具有Weiss 铁磁性;当A1 =0 时,X〉=2〉,E =-A2,系统具有Neel 反铁磁性;当A1 =A2(即A=0)时,X〉=(1 2)(1〉+2〉),E=-A1,系统处于自旋玻璃(spin glass)态;当A1>A2时,X〉=(1 A21+A22)[(A1-A2)1〉+A2(1〉+2〉)],平行自旋态与自旋玻璃态共存;当A1〈A2时,X〉=(1 A21+A22)[(A2-A1)2〉+A1(1〉+2〉)],反平行自旋态与自旋玻璃态共存.与原来理论中的Weiss铁磁态或Neel反铁磁态相比,平行自旋态与自旋玻璃态共存或反平行自旋态与自旋玻璃态共存使系统的交换能降低.自旋玻璃态中电子自旋之间取向的随机性或无序性是由交换Hamiltonian中-2A1∑i〈jsi·sj与-2A2∑i〈jsi·sj之间的竞争引起的,不是热运动引起的.
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