Квантовая физика твердого тела. - Вонсовский С.В.
Скачать (прямая ссылка):
2. Все ’’легкие” РЗМ от Се до Ей, по-видимому, антиферромагнитны.
Элемент Yb является паулевским парамагнетиком. Различные типы
антиферромагнитного упорядочения в РЗМ не похожи на известную нам коллинеарную структуру (рис. 5.14), а представляют собой какие-то сложные стоячие волны распределения направления спинов по узлам кристалла (рис. 5.21) с периодом, вообще говоря, не соизмеримым с периодом решетки. В некоторых ферромагнетиках (например, Но, Ег) на ферромагне-
1 См., например, обстоятельный обзор Moriya Т. - J. Mag. Mag. Mater, 1979, v . 14, p. 1; см. пер. с англ./ Под ред. С.В. Вонсовского. - УНФ, 1981, т. 135, с.117.
См. Вонсовский С.В.. Кацнелъсон М.И. - В сб.: Проблемы современной физики (к 100-летию со дня рождения А.Ф. Иоффе) Под ред. А.П. Александрова. - Л.: Наука, 1980, с. 233.
334
cb
ср
cb
cb
cb
cb ,сЬ *>\ ?/ сг> (±>
ср
ср
сз
cb 1 cb ' cb cb
Ег,Тт
Тт
Ег
сЬ сз СЗ
<ь> о сз
сз
сЬ сз
сЬ о сз
cb CZ> сз
cb CD сз
cb сз сз
cb сз сз
Но,Ег Tb,Dy,Ho Gd, Tb,Dy
Рис. 5.21. Схематическое изображение неколлинеарных атомных магнитных структур в тяжелых РЗМ.
тизм накладывается спиральное упорядочение спинов в перпендикулярной плоскости1.
Такое сложное магнитное поведение связано со специфическим характером обменного взаимодействия между магнитными моментами /-подсистемы.
Перекрытие волновых функций /-состояний на разных узлах ничтожно (даже для ближайших соседей) и несравненно большее значение имеет обменное взаимодействие /-электронов с электронами проводимости (s -/= обменная модель, С.П. Шубин, С.В. Вонсовский, 1935; С.В. Вонсовский, 1946). /-момент вызывает поляризацию спиновой плотности электронов проводимости а(г), спадающую с расстоянием по такому же закону, как и полная плотность вокруг заряженной примеси (см. § 4.7.3):
а(г) «=со5(2*ф г)/г3
(5.298)
В свою очередь, поляризованная спиновая плотность на расстоянии г от первого /-момента из-за s - /-обменной связи стремится выстроить второй /-момент в определенном направлении. Поэтому эффективный / —/-обмен-
1 Подробнее о магнитной структуре РЗМ можно прочесть в монографии Вонсов-ского С.В. Магнетизм. - М.: Наука, 1971, с.с. 567-572.
335
ный интеграл спадает с расстоянием по закону (5.298). Это взаимодействие называется косвенным обменным взаимодействием Рудермана — Китте-ля - Касуя - Иосида (РККИ) . Так как указанный нами процесс отвечает вкладу в энергию второго порядка теории возмущений по s — /-обменному интегралу I и идет через возбужденные состояния электронов проводимости, характерная энергия для которых — энергия Ферми f0> эффективное обменное взаимодействие между соседними узлами порядка я/fod 11 ^ fo). Его медленное убывание с расстоянием, а главное, осциллирующий характер и несоизмеримость периода осцилляций с периодом решетки и приводит к столь большому разнообразию сложных магнитных структур. Здесь еще следует иметь в виду, что (5.298) справедливо для изотропного закона дисперсии s-электронов. Так как реальная поверхность Ферми анизотропна, период осцилляций косвенного обменного взаимодействия различен в разных направлениях, что еще более усложняет характер магнитных атомных структур в РЗМ.
§ 5.7. Заключение
Рассмотрение многоэлектронных эффектов завершает изложение введения в квантовую теорию твердого тела и местами вплотную подводит к наиболее актуальным вопросам этой теории в ее современной форме. По-видимому, самым большим достижением многоэлектронной теории является концепция кваэичастиц, развивающая и обобщающая обычную зонную одноэлектронную теорию. Вместе с тем взаимодействие (корреляционные эффекты) приводит к формированию коллективных элементарных возбуждений (плазмоны, экситоны, спиновые волны и т.п.), а в некоторых случаях — к радикальной перестройке основного состояния (переход металл — изолятор, сверхпроводимость, магнитное упорядочение и т.п.) или свойств носителей тока (например, в случае поляронов) ; именно взаимодействием различных элементарных возбуждений определяются процессы рассеяния и, следовательно, кинетические свойства твердых тел.
Нам представляется, что изложенный в курсе материал может, в достаточной мере подготовить читателя к дальнейшему более глубокому и математически строгому изучению перечисленных вопросов на современном уровне с использованием также и методов квантовой теории поля. Эти методы очень сильно упрощают вычисления и вносят, при умелом использовании, четкость в изложение, но не выводят, в конечном счете, из круга общих представлений о роли многочастичных эффектов, с которыми мы познакомились в настоящей книге.
