Магнитное взаимодействие и локальные моменты

Только в 1963 г. Кондо [15] (см. также [16]) показал, что минимум возникает благодаря некоторым неожиданным особенностям рассеяния электронов проводимости, которые проявляются, когда рассеивающий центр имеет магнитный момент. В этом случае обменное взаимодействие между электронами проводимости и локальным моментом приводит к актам рассеяния, в которых спин электрона переворачивается (что компенсируется соответствующим изменением спина рассеивающего центра). До того как Кондо проанализировал ситуацию, рассмотрение рассеяния такого типа проводилось с точностью до первого неисчезающего члена в теории возмущений при этом не было найдено качественного отличия от рассеяния на немагнитных примесях, описанного нами в гл. 16. [c.302]

На рис. 15.10 показан случай, когда начальная температура Т1 = 1 К, а б = 10 кГс образец охлаждается до температуры 0,01 °К. Предел, до которого можно понизить температуру образца, используя метод адиабатического размагничивания, ограничивается собственным расщеплением спиновых энергетических уровней в нулевом поле, т е. расщеплением, которое имеет место в отсутствие внешнего магнитного поля. Расщепление в нулевом поле может быть вызвано электростатическим взаимодействием данного иона с другими ионами кристалла, взаимодействием между магнитными моментами ионов илн, наконец, взаимодействием ядерных моментов. В случае, показанном на рис. 15.10, расщепление спиновых уровней в нулевом поле считается обусловленным некоторым эквивалентным внутренним магнитным полем (эффективным локальным полем напряженность которого принята равной 100 Гс. В случае, показанном на рис. 15.8, такое расщепление в нулевом поле уменьшает энтропию в точках а и с сильнее, чем меньшие расщепления, вызываемые внешним полем в результате конечная температура оказывается не столь низкой, как была бы в отсутствие / д. [c.533]

Мы называем этот гамильтониан ферромагнитным, поскольку положительная константа обменного взаимодействия J способствует параллельной ориентации спинов. Эффекты, связанные с магнитным дипольным взаимодействием моментов, не включены в J, но их можно учесть, соответствуюш,им образом определив поле Н, действуюш ее на отдельные спины (направление этого поля мы принимаем за ось z). Более подробно этот вопрос мы обсудим ниже (стр. 337), здесь же укажем, что Н представляет собой локальное поле (в смысле гл. 27), действую-ш ее на каждый магнитный ион и не обязательно равное приложенному внешнему полю. [c.316]

Взаимодействия между ядерными спинами, описываемые классически с помощью локальных магнитных нолей, значительно ослабляются этими движениями и в нервом приближении исчезают полностью. С практической точки зрения это приводит к очень узким резонансным линиям (бесконечно узким в нервом приближении). Теоретический анализ также сильно упрощается. В гл. IV на примере дипольного уширения в кристаллических твердых телах было показано, что благодаря устойчивой связи между ядерными спинами, проявляющейся в частых взаимных переворачиваниях соседних спинов, нри изучении ядерного магнетизма в твердых телах необходим коллективный подход, когда рассматривается единая большая система спинов со многими степенями свободы, а не совокупность отдельных спинов. Для такой системы может быть определена спиновая температура, отличная от температуры решетки. С другой стороны, в жидкостях, где спин-спиновое взаимодействие слабое и сравнимо с взаимодействием между спинами и решеткой (иногда оно много слабее, когда имеются квадрупольные ядерные моменты), правильно рассматривать отдельные спины или самое большее группы спинов внутри молекулы как отдельные системы, связанные независимо с тепловым резервуаром — решеткой. [c.251]

К проявляющимся в этих веществах конкурирующим взаимодействиям, влияющим на установление разл. видов магн. упорядочения, относятся обменное взаимодействие и косвенное обменное взаимодействие ферро-п антиферромагн. характера зависящее от взаимной ориентации магн. моментов диполь-дипольное взаимодействие, осциллирующее РККИ-обменное взаимодействие. В регулярных кристаллич. структурах такие взаимодействия могут приводить к появлению сложной неколлинеарной магнитной атомной структуры (в т. ч. несоизмеримой). В нерегулярных твердотельных системах (аморфных веществах, неупорядоченных двух-или многокомпонентных сплавах и твёрдых растворах) благодаря конкуренции и хаотич. взаимному расположению магн. а примесных ионов (вызывающих иногда случайное изменение локальной оси маги, анизотропии) возникает фрустрация магн. моментов, приводящая к образованию состояния С. с. В этом случае для расчёта наблюдаемых физ, величин кроме обычного термодвнамич. усреднения по ансамблю систем е Гиббса распределением вероятности (обозначаемого <...)) необходимо дополнит, усреднение (обозначаемое чертой сверху) по всем возможным реализациям хаотич. расположения маги, моментов или набора взаимодействий между ними при этом в качестве ф-цНи распределения обычно выбирается комбинация дельтафункций или Гаусса распределение. Полное (но математически сложное) решение задачи усреднения по случайным конфигурациям для свободной энергии С. с, даёт т. н. метод реплик (от франц. replique — копия, образ). [c.634]

О сильной корреляции между направлениями атомных спинов в магнитоупорядоченных кристаллах. Причину такого поведе ния легко увидеть на примере следующего простого процесса. Рассмотрим ферромагнетик, находящийся в основном состоянии при 0 = 0°К. Тогда все атомные магнитные моменты направлены в одну сторону и энергия ферромагнетика минимизирована (рис. 1.7.1 (а)). Теперь отклоним магнитный момент одного атома и отпустим. Момент начнет прецессировать вокруг локального эффективного поля (рис. 1.7.1 (Ь)). Но из-за наличия обменных взаимодействий между соседними спинами изменение направления момента не останется локализованным в исходном атоме оно начнет распространяться сквозь кристалл в форме волнового движения (рис. 1.7.1 (с)), называемого спиновой волной. Имеются как продольные, так и поперечные спиновые волны (рис. 1.7.2). Видно, что спиновые волны могут рассматриваться как колебания плотности магнитного момента, распространяющиеся сквозь магнитно упорядоченный кристалл. [c.50]

ВИЯМИ, которые могут существовать, если на элементарную ячейку приходится несколько (не обязательно одинаковых) магнитных ионов. В подобном контексте термин ферромагнетик часто обозначает те магнитные структуры, в которых все локальные моменты имеют положительную проекцию на направление спонтанной намагниченности. Твердые тела, имеющие спонтанную намагниченность, но не удовлетворяющие этому критерию, называются ферримагнети-ками ). В простом ферримагнетике обменное взаимодействие между ближайшими соседями может способствовать антипараллельному выстраиванию спинов, но, поскольку соседние магнитные ионы не одинаковы, их моменты не компенсируют друг друга, и в результате твердое тело как целое имеет отличный от нуля момент. [c.310]

Установив конечное значение магнитного поля Нк равным нулю, мы не сможем достичь абсолютного нуля, поскольку в образце всегда имеются локальные магнитные поля, обусловленные магнитным взаимодействием моментов друг с другом. Эти локальные поля определяют отличные от нуля пределы для Нк. При Я = 10 Гс, Нк = 100 Гс, Т",, = 1 К конечная температура будет Гк = 0,01 К. В надежном эксперименте цериевую соль удалось охладить от 1 К при 2-10 Гс до 0,002 К [34]. Ион Се + является парамагнитным, и в магнитном поле возможны шесть ориентаций его спина. [c.55]

Наличие текстуры позволяет объяснить характер доменной структуры, наблюдающейся в наноструктурном Со. Полосчатая доменная структура в этом состоянии отличается от упомянутой доменной структуры в крупнокристаллическом состоянии в основном тем, что стенки доменов не образуют строго прямых линий. Средняя ширина доменов практически одинакова в обоих случаях. Существование преимущественных ориентировок (кристаллографической текстуры) и высокий уровень обменной энергии приводят к тому, что магнитные моменты соседних микрокристаллитов благодаря не столь высокой разориентации их осей легкого намагничивания располагаются параллельно под влиянием сил обменного взаимодействия. В то же время местные отклонения осей легкого намагничивания от направления усредненного магнитного момента приводят к локальным изменениям в ширине доменов и направлении стенок доменов. Следует отметить, что разориентации микрокристаллитов в плоскости, перпендикулярной преимущественному направлению осей легкого намагничивания (т. е. в плоскости образца), не играют существенной роли в формировании доменной структуры. В этой связи в целом характер доменной структуры наноструктурного образца близок к тому, что наблюдался в случае крупнокристаллического образца. Это, с другой стороны, позволяет предполагать, что механизм формирования доменной структуры одинаков в обоих случаях и определяется фундаментальными магнитными законами (постоянными). [c.228]

Спин-сниновый механизм перехода ядер в низкоэнергетическое состояние обусловлен взаимодействием магнитных моментов ядер с локальными магнитными полями соседних ядер Н , направление которых зависит от их расположения и магнитного квантового числа т. Напряженность магнитного поля, задаваемого магнитным моментом i = 5-0,508 10 А/м (ядерный магнетон) на расстоянии до ближайших соседей 10 м, равна Яд = 5-10 А/м, что соответствует величине, на которую могут отличаться поля для двух произвольно взятых ядер. В металлах, например, где взаимодействием спинов пренебречь нельзя, частоты ларморов-ской прецессии распределяется в интервале (ю dw). Для описания спектра ЯМР в этом случае вводится понятие спин-спино-вого взаимодействия 7. [c.180]

Глубокий анализ влияния антиферромагнетизма на упругие константы, структуру и механические свойства железомарганцевых (е+7) и у-сплавов дан в работах О. Г. Соколова [2, 4]. По мнению авторов работ [2, 4] влияние магнитного упорядочения на кристаллическую структуру можно ожидать по двум направлениям во-первых, через образование кооперативных построений магнитных моментов — доменов и, во-вторых, благодаря взаимодействию локального магнитного поля с микропапряже-ниями II рода. Эти оба фактора должны отражаться на внутреннем трении, модуле Юнга и сопротивлении пластической деформации. [c.244]

Можно убедиться, что во многих редкоземельных соединениях магнитный момент оказывается локализованным. В самом деле, температурная зависимость магнитной восприимчивости в этих соединениях описывается законом Кюри — Вейсса, что указывает на наличие локального поля в окрестности атома. Шаккарино и др. [50], используя электронный парамагнитный резонанс и найтовский сдвиг в ядерном магнитном резонансе, показали, что в редкоземельных фазах Лавеса (см. гл. IV) типа XAlj, где X, например, гадолиний, электроны проводимости поляризованы. Это опять-таки указывает на то, что в обменном взаимодействии принимают участие электроны проводимости. Существуют также соединения (например, GdOsg с температурой Кюри 70° К), кристаллы которых являются ионными и ферромагнетизм у которых должен быть обусловлен прямым обменным взаимодействием. [c.131]

Наблюдаемые значения пв часто не являются целыми числами. Возможные причины этого весьма разнообразны. Одна из них — спин-орбнтальное взаимодействие, которое-может приводить как к добавлению, так и к вычитанию орбитального магнитного момента. Другая возможная причина в ферромагнитны.х металлах связана с электронами проводимости, которые могут создавать локальную намагниченность в области парамагнитных ионных остовов. Третью возможную причину можно пояснить при помощи схемы спиновых конфигураций для ферримагне-тика, приведенной на рис. 16.1 (крайняя справа) если, например, проекция спина одного атома равна —5, а двух других +5, то средний сиин равен 7з5 и средний магнитный момент на формульную единицу получится дробным. [c.552]

Важнейшим следствием взаимодействия магии гного иона с электронами проводимости является так называемый эффект Кондо, который заключается в существовании при низких температурах минимума на кривой температурной зависимости удельного сопротивления магнитных сплавов с малой концентрацией магнитных ионов. Этот минимум наблюдался в сплавах Си, Ag, Au, Mg, Zn с примесями r, Mn, Fe, Mo, Re и Os (b кристалле могут присутствовать и другие примеси). Происхождение минимума связывается с обязательным наличием локальных магнитных моментов атомов нримеси. Кондо показал, что аномально высокая рассеивающая способность магнитных ионов при низких температурах является особым следствием динамической природы рассеяния и того обстоятельства, что поверхность Ферми имеет при низких температурах четко очерченные границы. Температурная область, в которой эффект Кондо существен, показана на рис. 19.23. Сколько-нибудь несложного физического объяснения этого эффекта пока не существует, однако первая работа [25] по этому вопросу вполне доступна для понимания. [c.682]

ДО величины, много большей локального ноля, является очевидной независимо от какой-либо термодинамической трактовки нока Н > Hi, из-за сохранения энергии единственными переходами, вызванными спин-спино-выми взаимодействиями, являются противоположные переворачивания соседних спинов, которые не изменяют обш,его магнитного момента М . С другой стороны, когда приложенное поле становится ниже локального поля, можно утверждать, что два соседних спина могут испытывать все переходы, для которых матричные элементы оператора их спин-спиновых взаимодействий отличны от нулй (переворачивание одиночного спина и переворачивание обоих спинов в одном направлении не запреш,ены теперь условием сохранения энергии) и можно ожидать полной дезориентации всех спинов сигнал ядерного резонанса при возвраш ении образца в сильное поле должен отсутствовать. Прохождение через нулевое поле было бы необратимым. [c.144]

Ниже будет рассмотрено два примера применения обобщенной схемы КМОЗ к задаче об одномерной системе электронов с локальным взаимодействием (модель Хаббарда) и к задаче об электронном газе, взаимодействующим с примесным магнитным моментом (проблема Кондо). Мы увидим, что в первом случае решение уравнения Шредингера для двух частиц сразу определяет двухчастичную матрицу рассеяния, автоматически удовлетворяющую локальным уравнениям Янга — Бакстера. Схема КМОЗ в этой задаче необходима, главным образом, для учета периодических граничных условий (диагонализация -матрицы). Во второй задаче — о проблеме Кондо — из решения уравнения Шредингера для двух частиц (электрон и примесный спин) находится -матрица. Ее зависимость от спектрального параметра определяется из обобщенных на два сорта частиц (электрон и примесь) уравнений Янга — Бакстера. [c.229]

По спектрам ЯМР можно судить о природе связи в магнитных кристаллах. Величина магнитного поля, действующего на данное ядро, зависит не только от напряженности внешнего поля, но также от локального поля, обусловленного диполь-дипольпым взаимодействием соседних ядер и атомов. Определяя резонансную частоту, нетрудно измерить величину зеемановского расщепления энергетических уровней ядер в данном магнитном поле. По величине расщепления и известным магнитным моментам различных ядер можно определить общую величину поля в области ядра. Исследуя спектры при разной ориентации кристалла по отношению к внешнему магнитному полю, можно получить угловое распределение локального магнитного поля. Зная свойства локального поля, можно определить природу сил связи между атомами и ионами в твердом теле. Например, в антиферромагнетике Мпр2 в локальное магнитное поле вблизи иона Мп " вносят вклад как электроны, участвующие в образовании связи, так и соседние парамагнитные ионы марганца. Вклад р- и 5-электронов в связь и степень ковалентности можно вычислить, так как ионная и ковалентная структуры [c.83]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...