Der Doppelaustausch ist eine magnetische Austauschwechselwirkung, die zwischen Ionen verschiedener Valenzen stattfindet. Sie wurde 1951 von Clarence Zener vorgeschlagen. Der Kern des Doppelaustausches ist die Vorhersage des elektronischen Austausches, also des „Hüpfens“ eines Elektrons zwischen den beiden Ionen. Dies bestimmt, ob das System ferromagnetisch, antiferromagnetisch oder helimagnetisch ist.
Beispielsweise ist dies in Lanthan-Strontium-Magnanit (LSMO) La1-xSrxMnO3 von Bedeutung: In diesem Material gibt es ein 180°-Bindungsverhältnis der Mangan-Kationen Mn3+ und Mn4+ (In LSMO gibt es beide Valenzen) und der Sauerstoff-Anionen O2-. Dabei sind aufgrund von Kristallfeld-Effekten in der oktaedrischen Umgebung um das Mangan Elektronen beider möglichen Valenz-Spezies des Mn im Energiezustand eg und wechselwirken mit den 2p-Elektronen des Sauerstoffs. Nach den Hundschen Regeln sind die Spins der Elektronen in beiden Mangan-Spezies parallel ausgerichtet um in den weniger als halbvollen Schalen den Spin zu maximieren. zentriert|gerahmt|Doppelaustausch in La_{1-x}SrMnO_3: Der Austausch passiert durch die Delokalisierung des eg-Elektrons des Mn3+ auf das Mn4+. Dies kann wegen der räumlichen Trennung nur über das 2p6-Orbital des Sauerstoffs erfolgen. Vereinfacht gesagt: Wenn das Sauerstoff-Anion sein -Elektron an das Mn4+ abgibt, kann die leere Position im Sauerstoff 2p6-Orbital durch ein Elektron mit demselben Spin aus dem Mn3+ nachrücken. Damit ein Elektron mit dem entgegengesetzten Spin, , die Stelle einnehmen kann (und die Hundschen Regeln eingehalten sind), muss es dafür erst sein magnetisches Moment umkehren, was signifikant unterdrückt ist. Der „Hüpf“-Prozess (eine Delokalisierung) reduziert die kinetische Energie des Elektrons. Durch die Energiereduktion im Doppelaustausch kann so eine ferromagnetische Ausrichtung benachbarter Ionen induziert werden.
Obwohl dieser Austauschmechanismus dem Superaustausch ähnlich ist, muss unterschieden werden: Am Doppelaustausch sind Ionen mit unterschiedlichen Valenzen beteiligt, sie haben eine unterschiedliche Anzahl an Elektronen, während die Ionen im Superaustausch dieselbe Valenz aufweisen.
Siehe auch
Superaustausch RKKY-Wechselwirkung Dzyaloshinskii-Moriya Austausch Austauschwechselwirkung
Einzelnachweise Kategorie:Quantenchemie Kategorie:Magnetismus
Weblinks
Exchange Mechanisms in E. Pavarini, E. Koch, F. Anders, und M. Jarrell: Correlated Electrons: From Models to Materials, Jülich 2012,