Обменные взаимодействия в магнитоупорядоченных веществах
 +7 (495) 939-20-03
 kofms@phys.msu.ru

Спецкурсы

Обменные взаимодействия в магнитоупорядоченных веществах

Введите что-нибудь для фильтрации.

Лектор

Сержан Данилович Антипов

Доцент, к.ф.-м.н.

Аннотация

В любом магнетике магнитная структура определяется взаимодействиями между орбитальными и спиновыми моментами электронов атомов: обменной энергией, диполь-дипольной энергией, энергией спин-орбитального взаимодействия. Самым сильным взаимодействием в магнитно-упорядоченных веществах является обменное взаимодействие, имеющее квантовую природу и которое способствует определенной ориентации соседних спинов. Ориентация магнитных моментов атомов в магнитно-упорядоченных веществах определяется более слабым взаимодействием — спин-орбитальным, имеющим релятивистскую природу. Конкуренция между различными типами взаимодействий приводит к различным типам магнитного упорядочения.

В курсе лекций рассматриваются различные основы формирования различных механизмов обменных взаимодействий в конденсированных магнетиках с локализованными и делокализованными электронами.

Программа курса

  1. Классическое определение магнитного момента рамки с током. Квантованность магнитного момента атома, ядра в свободном состоянии. Магнетон Бора. Ядерный магнетон. Орбитальный и спиновый магнитные моменты. Связь между напряженностями электрического и магнитного полей движущегося заряда. Взаимодействие между движущимися зарядами. Спин-орбитальное взаимодействие в одноэлектронном приближении.
  2. Типы магнитного упорядочения в конденсированном веществе. Поведение основных магнитных характеристик (магнитного момента атомов вещества, намагниченности, атомной восприимчивости, спонтанной намагниченности) в зависимости от величины напряженности магнитного поля и температуры для разных типов магнитного упорядочения.
  3. Магнетон Бора. Решение квантовомеханической задачи – электрон движется в центральном поле ядра атомной системы. Гиромагнитное отношение. Величина магнитного момента локализованного атома.
  4. Магнитный момент свободного многоэлектронного атома переходных элементов: 3d, 4d, 4f, 5d, 5f. Связи (L, S) и (j, j) g-фактора для этих связей.
  5. Экспериментальное определение магнитного момента по величинам спонтанной намагниченности и рентгенограммам для ферромагнитных материалов на примерах Fe, Co, Ni.
  6. Теория обменного взаимодействия. Обменные взаимодействия в двухэлектронных системах на примере молекулы водорода. Приближения молекулярных орбиталей и Гайтлера — Лондона. Интеграл перекрытия. Определение величины обменного интеграла, обменной энергии.
  7. Прямое обменное взаимодействие в системах с локализованными электронами (модель Гейзенберга). Спиновый гамильтониан. Гамильтониан Гейзенберга.
  8. Обменная энергия в ферромагнетиках. Зависимость обменного взаимодействия от расстояния между спинами. Близкодействие обменных сил притяжения. Зависимость обменной энергии в модели Гейзенберга от величины относительной намагниченности системы из N спинов.
  9. Возможные механизмы обмена в локализованных и делокализованных моделях, Диаграмма Херринга. Прямой обмен между электронами атомов, локализованными в узлах кристаллической решетки (модель Гейзенберга). Обмен между коллективизированными s-, p-, d-электронами атомов (зонная теория). Косвенное обменное взаимодействие через промежуточный немагнитный ион (модель Крамерса — Андерсона).
  10. Свойства обменного интеграла при взаимодействиях ферромагнитного типа. Эффективная величина магнитного обменного поля. Модель Изинга, модель XY. Полный магнитный момент в модели Изинга.
  11. Внутриатомные и межатомные обменные взаимодействия. Шкала энергий этих взаимодействий. Кривая Слэтера. Кривая Роудса — Вольфарта. Условия возникновения ферромагнетизма. Квантово-механическая статистическая система. Функция Бриллюэна.
  12. Приближение молекулярного поля в описании ферромагнетизма. Локализованные системы (модель Вейса). Квантовомеханическая статистическая система. Функция Бриллюэна.
  13. Спонтанная намагниченность ферромагнетика. Восприимчивость. Закон Кюри-Вейса. Ферромагнитная и парамагнитная точки Кюри для ферромагнетика. Метод Белова — Аррота.
  14. Делокализованные системы (модель Стонера). Модель жестких зон. Плотность состояний по спиновым подзонам. Обменная энергия в теории Стонера. Критерий возникновения ферромагнетизма в теории Стонера.
  15. Косвенное обменное взаимодействие между локализованными моментами и электронами проводимости. Взаимодействие РККИ (Рудермана — Кителя — Касуйя — Иосиды). Интеграл косвенного обменного взаимодействия. Осциллирующая спиновая плотность электронов проводимости. Функция Рудерман — Кителя. Антисимметричное суперобменное взаимодействие Дзялошинского — Мория.

Литература

  1. С. В. Вонсовский. Магнетизм. М.: Наука. 1971. 1032 с.
  2. З. М. Уайт. Квантовая теория магнетизма. М.: «Мир». 1972. 306 с.
  3. С. Тикадзуми. Физика ферромагнетизма: пер. с японск. М.: «Мир». 1983. 304 с.
  4. Г. С. Кринчик. Физика магнитных явлений. М.: МГУ. 1976. 367 с.
  5. Е. С. Борвик, В. В. Еременко, А. С. Мильнер. Лекции по магнетизму. М.: Физматлит. 2005. 512 с.

Другие спецкурсы программы