Двойное обменное взаимодействие

Двойно́е обме́нное взаимоде́йствие (двойной обмен Зенера), вид косвенного обменного взаимодействия в магнетиках с локализованными спинами электронов ионного остова и подвижными электронами внешних оболочек атомов. Согласно правилу Хунда, наиболее энергетически выгодно атомное состояние с максимальным спином, в результате чего спин подвижного электрона в атоме оказывается параллельным спину ионного остова. Благодаря сохранению направления спина электрона при его переходах с одного узла кристаллической решётки на другой выигрыш в кинетической энергии подвижных электронов достигается при одинаковой ориентации локализованных спинов, т. е. движение электронов обычно способствует ферромагнетизму. Термин «двойное обменное взаимодействие» введён К. М. Зенером в 1951 г. для объяснения природы ферромагнитного состояния с металлической проводимостью в магнитных оксидах, содержащих трёх- и четырёхвалентный марганец (манганитах) и обладающих металлической проводимостью. Двойной обмен может быть описан в рамках модели s–d-обменного взаимодействия в пределе сильного внутриатомного обменного взаимодействия.

Понятие «двойной обмен» широко используется при анализе магнитных свойств и явлений переноса в различных магнитных материалах, главным образом оксидных, и, в частности, при описании колоссального магнитосопротивления в манганитах. В большинстве магнитных материалов двойное обменное взаимодействие сосуществует с другими типами обменного взаимодействия, например со сверхобменным взаимодействием. Сосуществование и конкуренция различных механизмов обмена может приводить к довольно сложной магнитной фазовой диаграмме и к весьма нетривиальным типам магнитного упорядочения. Так, магнитное состояние материала может оказаться неоднородным и представлять собой смесь областей, обычно нанометровых размеров, характеризуемых различными типами магнитного упорядочения (электронное фазовое расслоение). При некоторых соотношениях между характерными параметрами материала и концентрацией носителей тока механизм двойного обмена может способствовать не только ферромагнитному, но и более сложным типам магнитного упорядочения, таким как спиральный магнетизм. При фотовозбуждении ферромагнетика двойное обменное взаимодействие может приводить и к возникновению антиферромагнетизма за счёт модуляции неравновесного распределения фотовозбуждённых носителей тока сильной электромагнитной волной.