Магнитное взаимодействие и спин-орбитальная связь

Физическую природу магнитной анизотропии впервые установил Н. С. Акулов. В ферромагнитном кристалле имеются взаимодействия, которые ориентируют намагниченности вдоль определенных кристаллографических направлений (осей легкого намагничения). К этому приводит перекрытие электронных орбит спиновые моменты взаимодействуют с орбитальными из-за наличия спин-орбитальной связи, а орбитальные моменты, в свою очередь, взаимодействуют с кристаллической решеткой за счет существующих в ней электростатических полей и перекрытия волновых функций соседних атомов. [c.347]

Здесь S, I, ] — целые или полуцелые спиновое, орбитальное и результирующее квантовые числа соответственно. Фактор g принимает значение 2 для чисто спинового момента и значение 1 для чисто орбитального движения. Если электроны движутся в силовых полях, то происходит изменение ( сдвиг ) g-фактора, обусловленное взаимодействием спинового и орбитального моментов количества движения (спин-орбитальная связь). В кристаллах g-фактор является анизотропной величиной, зависящей от зонной структуры и дефектов решетки. По аналогии с (10) ядерный магнитный момент Цк связывает с механическим моментом ядра J соотношением [c.33]

Рассмотрим свободный ) атом или ион, у которого все электронные оболочки, Кроме одной, или полностью заполнены, или совершенно пусты, причем одноэлектронные уровни этой единственной оболочки характеризуются орбитальным моментом 2. Поскольку при данном I проекция 1 может иметь 2/ + 1 значений (I, 1 — 1, 1 — 2,. . ., —I), а каждому отвечают два возможных направления спина, то в такой оболочке имеется 2 21 + 1) одноэлектронных уровней. Пусть п —число электронов в оболочке, причем О < < 2 (2i + ) Если бы электроны не взаимодействовали друг с другом, основное состояние иона было бы вырожденным, так как имеется много способов размещения п электронов на уровнях, число которых превышает п. Однако кулоновское взаимодействие между электронами и спин-орбитальное взаимодействие в значительной степени снимают это вырождение (хотя, вообще говоря, не полностью). Если не рассматривать наиболее тяжелые ионы (где очень сильно спин-орбитальное взаимодействие), то после снятия вырождения наиболее низколежащие уровни могут быть описаны простой системой правил, справедливость которых подтверждается как довольно сложными расчетами, так и анализом атомных спектров. Мы просто сформулируем эти правила, поскольку их связь с магнитными свойствами твердых тел интересует нас больше, чем их строгое обоснование ). [c.265]

Казалось бы, наиболее естественно предположить, что взаимодействие между отдельными магнитными моментами связано с их магнитными полями и осуществляется либо непосредственно за счет магнитного диполь-дипольного взаимодействия, либо более косвенным образом, посредством спин-орбитальной связи. Однако чаще всего основными оказываются отнюдь не эти взаимодействия. Наиважнейшим источником магнитного взаимодействия является обычное электростатическое электрон-электронное взаимодействие. И действительно, во многих теориях магнетизма в первом приближении совершенно не учитывается ни диполь-дипольное, ни спин-орбитальное взаимодействие, а рассматривается только кулоновское взаимодействие. [c.287]

Обычно из числа основных источников магнитного взаимодействия можно исключить и спин-орбитальное взаимодействие. Оно, несомненно, весьма важно для определения полного магнитного момента отдельных атомов и, следовательно, дает существенный вклад во внутриатомное магнитное взаимодействие. Однако даже в этом случае первые два правила Хунда (стр. 266) основаны исключительно на учете электростатической энергии. Только третье правило, определяющее окончательное расщепление -мультиплета, основано на учете спин-орбитального взаимодействия. Одпако в тех парамагнитных диэлектриках, где орбитальные моменты заморожены из-за расщепления уровней в кристаллическом поле (стр. 273), все же чисто электростатические эффекты подавляют эффекты, обусловленные спин-орбитальной связью. [c.288]

Полный момент количества движения ядра—квантовое число /—есть векторная сумма орбитального момента количества движения I и спина 5 каждого протона и нейтрона в ядре. Способ, кото-рьш складываются значения 1из, зависит от предполагаемого типа взаимодействия или связи между частицами. При этом I есть всегда положительная величина или нуль. Полный ядерный момент количества движения есть й ]//(/-)-1), а максимальное возможное значение его компоненты в любом направлении, например вдоль внешнего магнитного поля, есть /г/. [c.8]

Обменное взаимодействие играет основную роль в относительной ориентации спинов, но не определяет направления суммарного спина относительно кристаллографических осей кристалла. Это вырождение по направлениям частично снимается спин-орбитальным взаимодействием. Орбитальное движение электронов связано с кристаллографическими направлениями в кристалле и приводит к появлению аффективного магнитного поля — поля анизотропии (<- 10 —10 э). В результате в кристалле появляется одно или несколько направлений легкого намагничения, вдоль которых преимуш,ественно ориентируется суммарный спин электронов. Энергия взаимодействия магнитного момента спина с полем анизотропии по порядку величины равна энергии спин-спинового взаимодействия, т. е. lO " —10 эрг. [c.104]

Какая из возможных связей осуществляется фактически, зависит от характера взаимодействия между электронами. Если энергия взаимодействия спина электрона с его магнитным моментом больше, чем энергия взаимодействия орбитального и спинового моментов электрона с другими электронами, то осуществляется связь. [c.217]

Слабым магнитным полем считается такое поле, энергия взаимодействий с которым орбитального магнитного момента и спинового магнитного момента меньше, чем энергия спин-орбитального вэаимодействия. Благодаря этому с магнитным полем взаимодействует полный магнитный момент атома как целое, а спин-орбитальная связь не разрывается. В этом случае наблюдается сложный (или аномальный ) эффект Зеемана. Если полный спин атома равен нулю, то в слабом поле наблюдается простой (или нормальный ) эффект Зеемана. [c.251]

Хотя в сильном магнитном поле спин-орбитальная связь разорвана, определенное спин-орбитальное взаимодействие все же существует. Однако энергия этого взаимодействия меньше энергии взаимодействия орбитального и спинового магнитного моментов с магнитным полем. Если учесть это остаточное спин-орбитальное взаимодействие, то оно дает дополнительное мульгиплетное расщепление, приводящее к возникновению тонкой структуры линий в эффекте Пашена-Бака, которая здесь не рассматривается ввиду ее малости. [c.254]

До настоящего момента мы считали, что с динамической точки зрения спин электрона совершенно инертен. В действительности, однако, электрон, движущийся в электрическом поле [обусловленном, например, периодическим потенциалом и (г)], ощущает потенциал, пропорциональный скалярному произведению его спинового магнитного момента на векторное произведение его скорости и электрического поля. Такое добавочное взаимодействие называют спин-орби-талъной связью. Она оказывается очень важной в атомной физике (см. гл. 31). Спин-орбитальная связь существенна при расчете уровней почти свободных электронов в высокосимметричных точках /с-пространства, поскольку часто оказывается, что уровни, строго вырожденные в пренебрежении такой связью, расщепляются при ее учете. [c.175]

Учение о магнитной анизотропии ферромагнетиков лежит в основе всей современной теории технической кривой намагничения. Это учение было создано советским ученым Акуловым [13]. Обширные экспериментальные работы по изучению магнитной анизотропии в ферромагнитных кристаллах и текстурованных поликристаллических металлах и сплавах были проведены Брюхатовым и Киренским [21], Займовским [22] и др. Исследование магнитной анизотропии имело не только теоретический, но и практический интерес, ибо в значительной степени способствовало правильному подходу к проблеме изыскания и улучшения магнитных материалов. Отметим, однако, что причины ферромагнитной анизотропии (с микроскопической точки зрения) еще недостаточно выяснены. Согласно современным представлениям энергия магнитной анизотропии появляется в результате взаимодействия спиновых магнитных моментов с орбитальными (спин-орбитальная связь) оно рассчитывается с помощью квантовомеханических уравнений [23]. Квантовая теория магнитной анизотропии даже в ее приближенной форме очень сложна и далека еще от завершения. [c.32]

Наконец, в однородном изотропном аморфном сплаве должна отсутствовать макроскопическая магнитная анизотропия. Однако за счет спин-орбитальных взаимодействий и различного типа неоднородностей в аморфных магнетиках все же возникает случайная анизотропия. Нередко она оказывается слабой, и в этоА1 случае низкие значения магнитной анизотропии приводят к легкости перемагничивания аморфных сплавов. В связи с этим многие аморфные магнетики относятся к классу обладающих особой мякостью магнитно-мягких материалов. Так, типичные коэрцитивные силы этих материалов 0,01—0,2 Э, что значительно меньше соответствующих значений для кристаллических сплавов, причем магнитное насыщение достигается в полях —200 Э. Петля гистерезиса мала и имеет прямоугольную форму, вытянутую вдоль оси [c.290]

Мультиплетность энергетических уровней. Все рассуждения 34 могут быть непосредственно обобщены на случай более сложных атомов. В случае (L-S)- связи все спины электронов связываются между собой и образуют полный спин атома, а все орбитальные моменты атомов связываются между собой и образуют полный орбитальный момент атома. Таким образом, полный спиновой магнитный момент атома взаимодействует с орбитальным движением всех электронов атома, описываемым полным орбтальным моментом атома, т.е. в атоме имеется спин-орби-тальное взаимодействие. Оно зависит от спинового и орбитального магнитного моментов и от их взаимной ориентировки. Число взаимных ориентировок было вычислено в 37 [c.246]

Когда атом помещен в магнитное поле, его полная энергия слагается из двух частей из внутренней энергии атома и из энергии взаимодействия магнитного момента атома с магнитным полем. Энергия взаимодействия определяется индукцией магнитного поля и ориентировкой и модулем магнитного момента. Если магнитное поле не очень велико, то спин-орби-тальное взаимодействие в атоме сильнее, чем взаимодействие орбитального магнитного момента и спинового магнитного момента в отдельности с внешним магнитным полем. При этом условии связь между спиновым и орбитальным моментами не разрывается, т. е. и в маг- [c.249]

Сильное поле. Сложный эффект Зеемана наблюдается в слабом магнитном поле, когда энергия взаимодействия магнитного момента атома с магнитным полем меньше энергии спин-орбитального взаимодействия. Если индукция магнитного поля достаточно велика, то энергия взаимодействия магнитного момента с магнитным полем становится больше энергии спин-орбитального взаимодействия, благодаря чему связь между орби-гальным и спиновым моментами разрывается. Спиновый магнитный момент и орбитальный магнитный момент атома начинают самостоятельно взаимодействовать с магнитным полем, т. е. каждый из них самостоятельно прецессирует вокруг направления индукции магнитного поля (рис. 84). Явление разрыва спин-орби-тальной связи в сильном магнитном поле называется эффектом Пашена-Бака. [c.252]

Для ферромагнетиков группы железа орбитальные моменты Зй-электронов жестко связаны ( заморожены ) электростатическим полем решетки и внешнее поле Я, взаимодействуя со спиновыми моментами, преодолевает спин-орбитальное взаимодействие. Таким образом, магнитокристаллическая анизотропия Зй-пере-ходных металлов обусловлена силами магнитного происхождения. [c.23]

Действительно, если мы рассмотрим взаимодействия магнитных диполей на этом уровне, то увидим, что они складываются из (1) чисто магнитодипольных взаимодействий между магнитными моментами и (2) взаимодействий между магнитными моментами и электрическим полем кристаллической решетки (спин-орбитальные взаимодействия). Эти взаимодействия по сравнению с описанными выше обменными взаимодействиями имеют относительно малую величину порядка 1 (Уе/с)2. По этой причине часто говорят, что они имеют релятивистское происхождение. Однако, несмотря на их относительную малость по сравнению с обменными взаимодействиями, они действительно играют важную роль в ферромагнитных материалах. Причина этого двойная. Во-первых, эти взаимодействия создают в кристалле предпочтительное направление намагничивания, отвечающее минимуму энергии ферромагнетика. Они, таким образом, приводят к появлению упомянутой выше энергии анизотропии, т. е. к зависимости энергии ферромагнетика от направления вектора намагниченности— факт, не учитываемый обменной энергией. Во-вторых, именно через эти взаимодействия устанавливается связь между внешними источниками тепла и спиновой системой ферромагнетика. Если бы этих взаимодействий между спинами и колебаниями решетки не существовало, то невозможно было бы [c.46]

Спиновое расщепление. Молекулы типа асимметричного волчка в отличие от молекул тина симметричного (или сферического) волчка и линейных не могут иметь электронного орбитального момента количества движения, и поэтому у них, как правило, небольшое расщепление уровней, обусловленное ненулевым электронным спином. Такое расщепление может быть неносред-ственпо вызвано только взаимодействием спина с очень слабым магнитным моментом, появляющимся нри вращении молекулы как целого. Однако существует также косвенное влияние связи спина 8 с орбитальным моментом L, даже несмотря на то, что последний в среднем равен нулю (т. е. даже несмотря на то, что равны нулю диагональные элементы момента X). [c.116]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...