Перейти к содержанию

Магнон

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис
Магнон
Состав Квазичастица
Семья Бозон
Теоретически обоснована 1930 г. Феликсом Блохом
Масса 0 МэВ/c2 (теоретически)
Время жизни ∞ (теоретически)
Квантовые числа
Электрический заряд 0
Спин 1

Магно́н — квазичастица, соответствующая элементарному возбуждению системы взаимодействующих спинов. В кристаллах с несколькими магнитными подрешётками (например, антиферромагнетиках) могут существовать несколько сортов магнонов, имеющих различные энергетические спектры. Магноны подчиняются статистике Бозе — Эйнштейна. Магноны взаимодействуют друг с другом и с другими квазичастицами. Существование магнонов подтверждается экспериментами по рассеянию нейтронов, электронов и света, которое сопровождается рождением или уничтожением магнона[источник не указан 3070 дней].

Краткая история

Концепция магнона была введена в 1930 г. Феликсом Блохом[1] для количественного объяснения феномена уменьшения спонтанной намагниченности[англ.] в ферромагнетиках. При температуре абсолютного нуля ферромагнетик достигает состояния наименьшей энергии, в котором атомные спины (а также и магнитные моменты) выстраиваются в одном направлении. По мере повышения температуры спины начинают отклоняться от общего направления, тем самым увеличивая внутреннюю энергию и уменьшая полную намагниченность. Если представить идеально намагниченный ферромагнетик как вакуумное состояние[англ.]*, то состояние при низких температурах, в котором идеальный порядок нарушен небольшим количеством перевёрнутых спинов, можно представить как газ из квазичастиц — магнонов. Каждый магнон уменьшает количество правильно выстроенных спинов на [math]\displaystyle{ \hbar }[/math] и полный магнитный момент вдоль оси квантования — на [math]\displaystyle{ g \hbar }[/math], где [math]\displaystyle{ g }[/math] — это гиромагнитное отношение.

Количественная теория магнонов (квантованных спиновых волн) получила дальнейшее развитие в работах Тэда Хольстена[англ.], Генри Примакова[2] и Фримена Дайсона[3]. Используя модель вторичного квантования, они показали, что магноны ведут себя как слабо взаимодействующие квазичастицы, подчиняющиеся законам Бозе — Эйнштейна. Подробное описание теории магнонов можно найти в учебнике Чарльза Киттеля по физике твёрдого тела[4] или в ранней обзорной статье Ван Кранендонка и Ван Флека [5].

Непосредственное доказательство существования магнонов было найдено в 1957 г. Бертрамом Брокхаузом, который продемонстрировал неупругое рассеивание нейтронов на магнонах в ферритах[6]. Существование магнонов было продемонстрировано в ферромагнетиках, ферримагнетиках и антиферромагнетиках.

Эксперименты с антиферромагнетиками в сильных магнитных полях продемонстрировали, что магноны действительно подчиняются статистике Бозе — Эйнштейна. Бозе-эйнштейновская конденсация магнонов в антиферромагнетике при низких температурах была доказана Никуни и др.[7], а в ферримагнетике при комнатной температуре Демокритовым и др.[8].


См. также

Литература

  • Kittel C. Introduction to Solid State Physics. — 1953 (1st ed.), 2005 (8th ed.). — ISBN 0-471-41526-X.
    • Русский перевод: Киттель Ч. Элементарная физика твёрдого тела. — М.: Наука, 1965.
    • Русский перевод: Киттель Ч. Введение в физику твёрдого тела. — М.: Наука, 1978.
  • P. Schewe and B. Stein, Physics News Update 746, 2 (2005). online Архивная копия от 10 апреля 2013 на Wayback Machine

Источники

  1. Bloch, F. (1930). «Zur Theorie des Ferromagnetismus» (de). Zeitschrift für Physik 61 (3–4): 206–219. doi:10.1007/BF01339661. ISSN 0044-3328. Bibcode1930ZPhy...61..206B.
  2. (1940) «Field Dependence of the Intrinsic Domain Magnetization of a Ferromagnet». Physical Review 58 (12): 1098–1113. doi:10.1103/PhysRev.58.1098. ISSN 0031-899X.
  3. (1956) «General Theory of Spin-Wave Interactions». Physical Review 102 (5): 1217–1230. doi:10.1103/PhysRev.102.1217. ISSN 0031-899X.
  4. C. Kittel, Introduction to Solid State Physics, 7th edition (Wiley, 1995). ISBN 0-471-11181-3
  5. (1958) «Spin Waves». Rev. Mod. Phys. 30 (1): 1–23. doi:10.1103/RevModPhys.30.1. Bibcode1958RvMP...30....1V.
  6. (1957) «Scattering of Neutrons by Spin Waves in Magnetite». Phys. Rev. 106 (5): 859–864. doi:10.1103/PhysRev.106.859. Bibcode1957PhRv..106..859B.
  7. (1999) «Bose-Einstein Condensation of Dilute Magnons in TlCuCl3». Phys. Rev. Lett. 84 (25): 5868–5871. arXiv:cond-mat/9908118. doi:10.1103/PhysRevLett.84.5868. PMID 10991075. Bibcode2000PhRvL..84.5868N.
  8. (28 September 2006) «Bose–Einstein condensation of quasi-equilibrium magnons at room temperature under pumping». Nature 443 (7110): 430–433. doi:10.1038/nature05117. PMID 17006509. Bibcode2006Natur.443..430D.
  • Большая советская энциклопедия.
  • Ахиезер А. И., Барьяхтар В. Г., Пелетминский С. В. Спиновые волны. — М., 1967.