原子内的原子磁矩来源于未满壳层的电子自旋，电子轨道运动处于基态，对磁性没有贡献。Fe属于3d过渡金属，每个原子由3d壳层引起的固有磁矩在相邻原子间量子力的相互作用下趋于平行排列，从而体现很好的铁磁性。模型基态能带结构如图5-3所示，在费米面附近不存在禁带区间，为典型的金属型物质。由于多数自旋电子和少数自旋电子占据着不同的能量状态，具有不同的空间波函数，造成它们所处能带的能级发生相对位移，一个能带的费米能级上升，形成主能带，另一个能带的费米能级下降，形成副能带，其形状对过渡金属的磁性能有着重要的影响。
图5-3 模型基态能带结构
在自旋极化体系中，体系磁矩随压力的变化与微观结构的改变密切相关，两种自旋电子的态密度之和为总态密度，两者态密度之差为自旋态密度（spin density of states，SDOS）。自旋态密度是影响材料磁性的关键因素。电子态密度分布如图5-4所示。其中，图5-4a所示为两种自旋电子总的态密度分布，费米能级附近SDOS分布具有很大的劈裂，说明Fe显示出很好的铁磁性；图5-4b、图5-4c、图5-4d所示分别为d轨道、s轨道、p轨道电子的分波态密度分布，可以看出d轨道电子在费米面附近的分波态密度分布与体系的自旋态密度分布相似，费米能级附近SDOS分布劈裂较大且峰值很大，说明d轨道电子对体系磁特性有着重要的贡献；而s轨道电子在-7～-3eV附近和9～12eV附近的SDOS分布出现较小劈裂和很小峰值，说明s轨道电子只有在这两个能量区间内对系统磁性有较小的贡献；同理，p轨道电子在-4～-2eV附近和10～22eV附近对系统磁性有微弱的贡献。(www.xing528.com)
图5-4 态密度分布
a）自旋态密度分布 b）d轨道电子分波态密度分布 c）s轨道电子分波态密度分布 d）p轨道电子分波态密度分布
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