The double-exchange mechanism is a type of a magnetic exchange that may arise between ions in different oxidation states. First proposed by Clarence Zener, this theory predicts the relative ease with which an electron may be exchanged between two species and has important implications for whether materials are ferromagnetic, antiferromagnetic, or exhibit spiral magnetism. For example, consider the 180 degree interaction of Mn-O-Mn in which the Mn "eg" orbitals are directly interacting with the O "2p" orbitals, and one of the Mn ions has more electrons than the other. In the ground state, electrons on each Mn ion are aligned according to the Hund's rule:
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| - Double-exchange mechanism (en)
- 二重交換相互作用 (ja)
- 双交换作用 (zh)
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| - The double-exchange mechanism is a type of a magnetic exchange that may arise between ions in different oxidation states. First proposed by Clarence Zener, this theory predicts the relative ease with which an electron may be exchanged between two species and has important implications for whether materials are ferromagnetic, antiferromagnetic, or exhibit spiral magnetism. For example, consider the 180 degree interaction of Mn-O-Mn in which the Mn "eg" orbitals are directly interacting with the O "2p" orbitals, and one of the Mn ions has more electrons than the other. In the ground state, electrons on each Mn ion are aligned according to the Hund's rule: (en)
- 二重交換相互作用（英: Double-exchange interaction）は交換相互作用の一種で酸化数の異なるイオン間で働く相互作用である。クラレンス・ツェナーによって提唱されたこの理論では、電子が2つの化学種の間で交換されやすく、強磁性、反強磁性あるいはスパイラル磁性をもつ物質において重要な意味をもつことを示している。例えば、結合角が180度であるMn-O-Mn結合では、Mnの"eg"軌道が直接Oの"2p"軌道と相互作用し、Mnイオンのうち一つは他方より多くの電子を持っている。基底状態ではMnイオン上のそれぞれの電子がフント則にしたがって軌道に入っている。: 酸素がMn4+に上向きスピンの電子を渡した場合、その空軌道にはMn3+からの電子が入る。最後に、電子がスピンを保持したまま近くの金属イオンに動いて終わりとなる。二重交換理論は、電子がスピンを変える必要がない場合、電子受容体上でフントの規則を満たすように1つの化学種から他の化学種への電子の移動が促進されるということを予想している。電子の非局在化により運動エネルギーが減少し、近くのイオンが強磁性をもち、全体のエネルギーが少なくなる。 (ja)
- 双交换作用属于交换作用的一种，由克拉伦斯·齐纳首先提出。这种磁矩间的相互作用存在于具有多重阳离子价态的体系中。双交换作用理论通过分析不同的自旋排列模式下，电子在离子间跃迁的难度，来预测材料是会体现铁磁性、反铁磁性还是旋磁性。 以含锰氧化物体系 La1-xAxMnO3 为例，其中的 Mn-O-Mn 链上，锰离子的 eg 轨道与氧离子的 p 轨道之间彼此存在直接的相互作用。若两个锰离子价态分别是 +3 与 +4 ，则依据洪特规则，锰离子上的基态电子排布如下图所示： 若氧离子中的一个自旋向上的电子转移至 Mn4+ 上，则其空出来的 p 轨道就能够从左侧的 Mn3+ 处接受一个电子。这两个步骤产生的总效果是 Mn3+ 上的一个电子转移到了右侧的 Mn4+ 上。双交换作用模型阐明，若这个过程中该电子的自旋不发生反转，则电子迁移的难度更低，因为它满足洪特规则对于新加入的电子自旋的要求。这种携带着自身自旋进行迁移的电子因为迁移难度低，离域程度高，因此具有更低的动能。故此，双交换作用最终导致铁磁性的阳离子磁矩耦合。 (zh)
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| - The double-exchange mechanism is a type of a magnetic exchange that may arise between ions in different oxidation states. First proposed by Clarence Zener, this theory predicts the relative ease with which an electron may be exchanged between two species and has important implications for whether materials are ferromagnetic, antiferromagnetic, or exhibit spiral magnetism. For example, consider the 180 degree interaction of Mn-O-Mn in which the Mn "eg" orbitals are directly interacting with the O "2p" orbitals, and one of the Mn ions has more electrons than the other. In the ground state, electrons on each Mn ion are aligned according to the Hund's rule: If O gives up its spin-up electron to Mn4+, its vacant orbital can then be filled by an electron from Mn3+. At the end of the process, an electron has moved between the neighboring metal ions, retaining its spin. The double-exchange predicts that this electron movement from one species to another will be facilitated more easily if the electrons do not have to change spin direction in order to conform with Hund's rules when on the accepting species. The ability to hop (to delocalize) reduces the kinetic energy. Hence the overall energy saving can lead to ferromagnetic alignment of neighboring ions. This model is superficially similar to superexchange. However, in superexchange, a ferromagnetic or antiferromagnetic alignment occurs between two atoms with the same valence (number of electrons); while in double-exchange, the interaction occurs only when one atom has an extra electron compared to the other. (en)
- 二重交換相互作用（英: Double-exchange interaction）は交換相互作用の一種で酸化数の異なるイオン間で働く相互作用である。クラレンス・ツェナーによって提唱されたこの理論では、電子が2つの化学種の間で交換されやすく、強磁性、反強磁性あるいはスパイラル磁性をもつ物質において重要な意味をもつことを示している。例えば、結合角が180度であるMn-O-Mn結合では、Mnの"eg"軌道が直接Oの"2p"軌道と相互作用し、Mnイオンのうち一つは他方より多くの電子を持っている。基底状態ではMnイオン上のそれぞれの電子がフント則にしたがって軌道に入っている。: 酸素がMn4+に上向きスピンの電子を渡した場合、その空軌道にはMn3+からの電子が入る。最後に、電子がスピンを保持したまま近くの金属イオンに動いて終わりとなる。二重交換理論は、電子がスピンを変える必要がない場合、電子受容体上でフントの規則を満たすように1つの化学種から他の化学種への電子の移動が促進されるということを予想している。電子の非局在化により運動エネルギーが減少し、近くのイオンが強磁性をもち、全体のエネルギーが少なくなる。 このモデルは超交換相互作用に似ている。しかし超交換相互作用は強磁性や反強磁性をもつ電子配列が2つの原子価が等しい原子間で起こるが、二重交換相互作用では一方の原子が他方に比べて多くの電子を持っている場合におこる。 (ja)
- 双交换作用属于交换作用的一种，由克拉伦斯·齐纳首先提出。这种磁矩间的相互作用存在于具有多重阳离子价态的体系中。双交换作用理论通过分析不同的自旋排列模式下，电子在离子间跃迁的难度，来预测材料是会体现铁磁性、反铁磁性还是旋磁性。 以含锰氧化物体系 La1-xAxMnO3 为例，其中的 Mn-O-Mn 链上，锰离子的 eg 轨道与氧离子的 p 轨道之间彼此存在直接的相互作用。若两个锰离子价态分别是 +3 与 +4 ，则依据洪特规则，锰离子上的基态电子排布如下图所示： 若氧离子中的一个自旋向上的电子转移至 Mn4+ 上，则其空出来的 p 轨道就能够从左侧的 Mn3+ 处接受一个电子。这两个步骤产生的总效果是 Mn3+ 上的一个电子转移到了右侧的 Mn4+ 上。双交换作用模型阐明，若这个过程中该电子的自旋不发生反转，则电子迁移的难度更低，因为它满足洪特规则对于新加入的电子自旋的要求。这种携带着自身自旋进行迁移的电子因为迁移难度低，离域程度高，因此具有更低的动能。故此，双交换作用最终导致铁磁性的阳离子磁矩耦合。 乍看起来，该模型和超交换作用有相似之处，都是由阴离子介导的阳离子间的磁矩相互耦合作用。但两者从机理上讲是不同的：超交换作用中，参与过程的两个阳离子具有同样的化合价，且轨道内的电子态是定域的；双交换作用的模型中，其中一个阳离子必须比另一个阳离子多一个电子，该电子是以离域电子的形式参与到交换作用中来的。 (zh)
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