Спецкурсы
Обменные взаимодействия в спин-упорядоченных веществах
Лекторы
Виктор Васильевич Суриков
Профессор, д.ф.-м.н.
Сержан Данилович Антипов
Доцент, к.ф.-м.н.
Аннотация
Основной задачей данного спецкурса является последовательное изучение основных видов магнитного упорядочения в твердых телах. Подчеркивается квантовая природа магнетизма. В любом магнетике магнитная структура определяется взаимодействиями между орбитальными и спиновыми моментами электронов атомов: обменной энергией, диполь-дипольной энергией, энергией спин-орбитального взаимодействия. Конкуренция между различными типами взаимодействий приводит к различным типам магнитного упорядочения.
Программа курса
- Введение. Основные характеристики магнитного состояния вещества. Основные термодинамические соотношения. Теорема Бора — ван Левен (ван Левен — Терлецкого).
- Магнитные моменты многоэлектронных атомов. Атом в магнитном поле. Нормальный и аномальный эффект Зеемана. Виды магнитного упорядочения в твердых телах.
- Диамагнетизм атомов, ионов, молекул. Классический прецессионный и квантовый поляризационный диамагнетизм. Диамагнетизм электронов проводимости. Уровни Ландау. Осцилляции магнитной восприимчивости. «Сверхдиамагнетизм» сверпроводников.
- Теория парамагнетизма. Пространственное квантование и обобщенная функция Ланжевена. Особенности парамагнетизма d-переходных групп.
- Парамагнитная точка Кюри. Парамагнетизм молекул. Обобщенная формула Ланжевена — Дебая. Влияние на магнитные ионы внутрикристаллического окружения (поле лигандов). Гамильтониан магнитного иона в кристалле.
- Парамагнетизм металлов. Паулевский парамагнетизм электронов проводимости. Ванфлековский парамагнетизм. Парамагнитная восприимчивость переходных металлов.
- Орбитальный и спиновый магнитные моменты. Спин-орбитальное взаимодействие в одноэлектронном приближении. Решение квантовомеханической задачи — движение электрона в центральном поле ядра атомной системы. Гиромагнитное отношение.
- Экспериментальное определение магнитного момента по величинам спонтанной намагниченности и рентгенограммам для ферромагнитных материалов на примерах Fe, Co, Ni. Теория обменного взаимодействия. Приближение молекулярных орбиталей и Гайтлера — Лондона. Интеграл перекрытия.
- Прямое обменное взаимодействие в системах с локализованными электронами (модель Гейзенберга). Спиновый Гамильтониан. Гамильтониан Гейзенберга. Зависимость обменной энергии от величины относительной намагниченности системы из N спинов.
- Возможные механизмы обмена в локализованных и делокализованных моделях. Диаграмма Херринга. Косвенное обменное взаимодействие через промежуточный немагнитный ион (модель Крамерса — Андерсона). Модель Изинга. Полный магнитный момент в модели Изинга.
- Внутриатомные и межатомные обменные взаимодействия. Кривая Слэтера. Приближение молекулярного поля. Квантовомеханическая статистическая система. Функция Бриллюэна. Спонтанная намагниченность ферромагнетика. Закон Кюри — Вейсса.
- Делокализованные системы (модель Стонера). Модель жестких зон. Обменная энергия в теории Стонера. Критерий ферромагнетизма в теории Стонера. Косвенное обменное взаимодействие между локализованными моментами и электронами проводимости. Взаимодействие РККИ (Рудермана — Киттеля — Касуйя — Иосиды). Антисимметричное суперобменное взаимодействие Дзялошинского — Мории.
Литература
Основная
- С. В. Вонсовский. «Магнетизм». М.: «Наука». 1971. 1032 с.
- Г. С. Кринчик. «Физика магнитных явлений». М.: Изд. МГУ. 1985.
- С. Тикадзуми. «Физика ферромагнетизма: пер. с японск.». М.: «Мир». 1983. 304 с.
- З. М. Уайт. «Квантовая теория магнетизма». М.: «Мир». 1972. 306 с.
- Е. С. Борвик, В. В. Еременко, А. С. Мильнер. «Лекции по магнетизму». М.: Физматлит. 2005. 512 с.
- Д. Д. Мишин. «Магнитные материалы». М.: «Высшая школа». 1991.
Дополнительная
- К. М. Херд. Многообразие видов магнитного упорядочения в твердых телах // УФН 142, 331 (1984).