Магнон
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
- ↑ Bloch, F. (1930). «Zur Theorie des Ferromagnetismus» (de). Zeitschrift für Physik 61 (3–4): 206–219. doi:10.1007/BF01339661. ISSN 0044-3328. .
- ↑ (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.
- ↑ (1956) «General Theory of Spin-Wave Interactions». Physical Review 102 (5): 1217–1230. doi:10.1103/PhysRev.102.1217. ISSN 0031-899X.
- ↑ C. Kittel, Introduction to Solid State Physics, 7th edition (Wiley, 1995). ISBN 0-471-11181-3
- ↑ (1958) «Spin Waves». Rev. Mod. Phys. 30 (1): 1–23. doi:10.1103/RevModPhys.30.1. .
- ↑ (1957) «Scattering of Neutrons by Spin Waves in Magnetite». Phys. Rev. 106 (5): 859–864. doi:10.1103/PhysRev.106.859. .
- ↑ (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. .
- ↑ (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. .
- Большая советская энциклопедия.
- Ахиезер А. И., Барьяхтар В. Г., Пелетминский С. В. Спиновые волны. — М., 1967.
В статье есть список источников, но не хватает сносок. |