РККИ-обменное взаимодействие

РККИ-обменное взаимодействие (взаимодействие Рудермана^[фр.] — Киттеля — Касуя — Иосиды) — косвенное обменное взаимодействие между магнитными ионами, осуществляемое через коллективизированные электроны проводимости.

Это обменное взаимодействие возникает в металлах и полупроводниках, где коллективизированные электроны выступают посредниками обменного взаимодействия ионов, обладающих локализованными противоположно направленными спинами, частично заполненных d и f оболочек. Электроны проводимости взаимодействуют с эффективным магнитным полем i-го узла кристаллической решётки и приобретают некую спиновую поляризацию. При прохождении следующего узла решётки, релаксация магнитных моментов электрона и узла вызовет обоюдные изменения как спиновой поляризации, так и спина узла решётки.

Описать его можно с помощью представления, что электроны проводимости движутся в эффективном поле, создаваемом локализованным магнитным моментом одного узла.

Энергию взаимодействия между спинами S в i-м и j-м узлах магнитной подрешётки записывают как

E_{ij}={\frac {J^{2}}{\mu _{0}(g\mu _{B})^{2}}}\mathbf {S} _{i}\mathbf {S} _{j}\chi _{ij}

где J — константа обмена, g — фактор Ланде, $\mu _{B}$ — магнетон Бора, $\mu _{0}$ — магнитная постоянная, $\chi _{ij}$ — обобщённая магнитная восприимчивость. Для свободных электронов последнюю можно представить как

\chi _{ij}={\frac {(x\cos x-\sin x)}{x^{4}}}

при условии, что $x=2\mathbf {k} _{F}\mathbf {R} _{ij}\gg 1$ . Здесь $k_{F}$ — волновой вектор на уровне Ферми, $R_{ij}$ — расстояние. Поэтому энергия взаимодействия имеет знакопеременный осциллирующий характер как функция от расстояния между взаимодействующими ионами. Знакопеременность энергии взаимодействия приводит к тому, что в зависимости от расстояния между ионами материал будет проявлять ферромагнитные свойства если энергию минимизирует сонаправленность спинов, или антиферромагнитные в противоположном случае. Это применяется в спиновых клапанах на основе гигантского и туннельного магнетосопротивления.

Литература

Stöhr, J. and Siegmann, H. C. Magnetism: From Fundamentals to Nanoscale Dynamics. — Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006. — P. 290—293. — 821 p. — ISBN 978-3540302827.
de Lacheisserie É., Gignoux D., Schlenker M. Magnetism: Fundamentals. — Springer, 2005. — Vol. 1. — P. 315—317. — 507 p. — (Magnetism). — ISBN 9780387229676.

Похожие исследовательские статьи

Магнети́зм — форма взаимодействия движущихся электрических зарядов, осуществляемая на расстоянии посредством магнитного поля. Наряду с электричеством, магнетизм — одно из проявлений электромагнитного взаимодействия. С точки зрения квантовой теории поля электромагнитное взаимодействие переносится бозоном — фотоном.

Уравнение Дира́ка — релятивистски инвариантное уравнение движения для биспинорного классического поля электрона, применимое также для описания других точечных фермионов со спином 1/2; установлено Полем Дираком в 1928 году.

Эффе́кт Зе́емана — расщепление линий атомных спектров в магнитном поле. Назван в честь Питера Зеемана, открывшего эффект в 1896 году.

Поляризация диэлектриков — явление, связанное с ограниченным смещением связанных зарядов в диэлектрике или поворотом электрических диполей, обычно под воздействием внешнего электрического поля, иногда под действием других внешних сил или спонтанно.

Множитель Ланде — множитель в формуле для расщепления уровней энергии в магнитном поле, определяющий масштаб расщепления в относительных единицах. Частный случай более общего g-фактора.

Те́нзор эне́ргии-и́мпульса (ТЭИ) — симметричный тензор второго ранга (валентности), описывающий плотность и поток энергии и импульса полей материи и определяющий взаимодействие этих полей с гравитационным полем.

Теория Бардина — Купера — Шриффера — микроскопическая теория сверхпроводников, являющаяся на сегодняшний день доминирующей. В её основе лежит концепция куперовской пары: коррелированного состояния электронов с противоположными спинами и импульсами. В 1972 году создатели теории были удостоены Нобелевской премии по физике. Одновременно микроскопическая теория сверхпроводимости была построена с использованием так называемых преобразований Боголюбова Н. Н. Боголюбовым, показавшим, что сверхпроводимость можно рассматривать как сверхтекучесть электронного газа.

Поляро́н — квазичастица в кристалле, состоящая из электрона и сопровождающего его поля упругой деформации (поляризации) решётки. Медленно движущийся электрон в диэлектрическом кристалле, взаимодействующий с ионами решётки через дальнодействующие силы, будет постоянно окружён областью решёточной поляризации и деформации, вызванной движением электрона. Двигаясь через кристалл, электрон проводит решёточную деформацию, потому можно говорить о наличии облака фононов, сопровождающего электрон. Характер поляризации и энергия связи электрона с решёткой отличаются в металлах, полупроводниках и ионных кристаллах. Это связано с типом связи и скоростью движения электронов в решётке.

Гига́нтское магнетосопротивле́ние, гигантское магнитосопротивление, ГМС — квантовомеханический эффект, наблюдаемый в тонких металлических плёнках, состоящих из чередующихся ферромагнитных и проводящих немагнитных слоёв. Эффект состоит в существенном изменении электрического сопротивления такой структуры при изменении взаимного направления намагниченности соседних магнитных слоёв. Направлением намагниченности можно управлять, например, приложением внешнего магнитного поля. В основе эффекта лежит рассеяние электронов, зависящее от направления спина. За открытие гигантского магнетосопротивления в 1988 году физики Альбер Ферт и Петер Грюнберг были удостоены Нобелевской премии по физике в 2007 году.

Спиновые стёкла — разбавленные магнитные сплавы, то есть немагнитные материалы с включением магнитных примесей с относительной концентрацией магнитных ионов от 10⁻³ до 10⁻¹. Между магнитными ионами существует дальнодействующее РККИ-обменное взаимодействие посредством электронов проводимости. Экспериментально изучались с 1960-х годов, в качестве важной работы часто цитируют Cannella, Mydosh, 1972.

Моле́кула водоро́да — простейшая молекула, состоящая из двух атомов водорода. В её состав входят два ядра атомов водорода и два электрона. Вследствие взаимодействия между электронами и ядрами образуется ковалентная химическая связь. Кроме вторичной изотопной модификации H₂, имеет разновидности, в которых один или оба атома протия заменены другими изотопами водорода — дейтерием или тритием: HD, HT, D₂, DT, T₂. Симметричность или несимметричность молекулы имеет значение при её вращении.

Обменное взаимодействие — взаимодействие тождественных частиц в квантовой механике, приводящее к зависимости значения энергии системы частиц от её полного спина. Представляет собой чисто квантовый эффект, исчезающий при предельном переходе к классической механике.

Уравне́ние Ланда́у — Ли́фшица — уравнение, описывающее движение намагниченности в приближении континуальной модели в твердых телах. Впервые введено Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшицем в 1935 году.

Магнитная анизотропия — зависимость магнитных свойств ферромагнетика от направления намагниченности по отношению к структурным осям образующего его кристалла. Её причиной являются слабые релятивистские взаимодействия между атомами, такие как спин-орбитальное и спин-спиновое.

Эффе́кт Ко́ндо — эффект увеличения электрического сопротивления слаболегированных магнитными примесями немагнитных металлических сплавов при температурах, близких к абсолютному нулю. Назван в честь японского физика Дзюна Кондо, давшего явлению теоретическое обоснование. Температуру, при которой наблюдается минимум сопротивления называют температурой Кондо.

Преобразование Гольштейна — Примакова — переход от операторов спина к операторам рождения и уничтожения магнонов. Было предложено Теодором Гольштейном и Генри Примаковым (1914—1983) в оригинальной работе 1940 года.

Модель свободных электронов, также известна как модель Зоммерфельда или модель Друде-Зоммерфельда, — простая квантовая модель поведения валентных электронов в атоме металла, разработана Арнольдом Зоммерфельдом на основе классической модели Друде с учётом квантово-механической статистики Ферми — Дирака. Электроны металла рассматриваются в этой модели как Ферми-газ.

Уравнение Брейта — релятивистское волновое уравнение, полученное Грегори Брейтом в 1929 году на основе уравнения Дирака. Оно описывает две или более массивные частицы со спином 1/2, которые взаимодействуют электромагнитно с точностью до первого порядка теории возмущений. Оно учитывает магнитные взаимодействия и запаздывающие эффекты с точностью до 1/c². Когда другие квантовые электродинамические эффекты незначительны, это уравнение показывает хорошее согласование с экспериментом. Впервые оно было получено из дарвиновского лагранжиана, а позже доказано в теории поглощения Уилера — Фейнмана и, наконец, в квантовой электродинамике.

Приближение локальной плотности (англ. Local density approximation, LDA) — класс приближений обменно-корреляционного взаимодействия в теории твёрдого тела и квантовой химии, в частности в теории функционала плотности, в которых учитывается плотность электронов в той точке пространства, о которой идет речь. Вывести поправки к обменно-корреляционной взаимодействия можно разными методами, однако успешные связаны с подходом однородного электронного газа. В этом отношении LDA целом синонимично с функционалом на основе модели желе, которые тогда можно применять для исследования реалистичных систем.

Взаимодействие между магнитными моментами парамагнитных частиц в веществе или ядер и упругими колебаниями окружающей их среды (фононами). Различают электронное спин-фононное взаимодействие и ядерное спин-фононное взаимодействие.

Эта страница основана на статье Википедии.
Текст доступен на условиях лицензии CC BY-SA 4.0; могут применяться дополнительные условия.
Изображения, видео и звуки доступны по их собственным лицензиям.