Magnon

Magnon  er en kvasipartikel svarende til en elementær excitation af et system af interagerende spins . I krystaller med flere magnetiske undergitter (for eksempel antiferromagneter ) kan der være flere typer magnoner med forskellige energispektre. Magnons adlyder Bose-Einsteins statistikker . Magnoner interagerer med hinanden og med andre kvasipartikler. Eksistensen af ​​magnoner bekræftes af eksperimenter med spredning af neutroner , elektroner og lys , som er ledsaget af fødslen eller udslettelse af en magnon. .

Kort historie

Magnon-konceptet blev introduceret i 1930 af Felix Bloch [1] for at forklare kvantitativt fænomenet med faldet i spontan magnetisering i ferromagneter . Ved absolut nultemperatur når en ferromagnet sin laveste energitilstand, hvor de atomare spins (såvel som de magnetiske momenter) flugter i samme retning. Efterhånden som temperaturen stiger, begynder spins at afvige fra den generelle retning, hvorved den indre energi øges og den totale magnetisering mindskes. Hvis vi forestiller os en perfekt magnetiseret ferromagnet som en vakuumtilstand , så kan tilstanden ved lave temperaturer, hvor den ideelle rækkefølge overtrædes af et lille antal omvendte spins, repræsenteres som en gas af kvasipartikler - magnoner. Hver magnon reducerer antallet af korrekt justerede spins med og det samlede magnetiske moment langs kvantiseringsaksen med , hvor  er det gyromagnetiske forhold .

Den kvantitative teori om magnoner (kvantiserede spin-bølger) blev videreudviklet af Ted Holsten , Henry Primakov [2] og Freeman Dyson [3] . Ved hjælp af den anden kvantiseringsmodel viste de, at magnoner opfører sig som svagt interagerende kvasipartikler og adlyder Bose-Einstein-lovene. En detaljeret beskrivelse af magnon-teori kan findes i Charles Kittels lærebog om faststoffysik [4] eller i en tidlig oversigtsartikel af Van Cranendonk og Van Vleck [5] .

Direkte beviser for eksistensen af ​​magnoner blev fundet i 1957 af Bertram Brockhouse , som demonstrerede den uelastiske spredning af neutroner af magnoner i ferriter [ 6] . Eksistensen af ​​magnoner er blevet påvist i ferromagneter , ferrimagneter og antiferromagneter .

Eksperimenter med antiferromagneter i stærke magnetfelter har vist, at magnoner faktisk adlyder Bose-Einsteins statistikker. Bose-Einstein-kondensationen af ​​magnoner i en antiferromagnet ved lave temperaturer blev bevist af Nikuni et al. [7] og i en ferrimagnet ved stuetemperatur af Demokritov et al. [8] .

Se også

• spin bølger
• magnonica

Litteratur

• Kittel C. Introduktion til faststoffysik. - 1953 (1. udgave), 2005 (8. udgave). — ISBN 0-471-41526-X .
  • Russisk oversættelse: Kittel C. Elementary Solid State Physics. — M .: Nauka, 1965.
  • Russisk oversættelse: Kittel C. Introduktion til faststoffysik. — M .: Nauka, 1978.
• P. Schewe og B. Stein, Physics News Update 746 , 2 (2005). online Arkiveret 10. april 2013 på Wayback Machine

Kilder

1. ↑ Bloch, F. (1930). Zur Theorie des Ferromagnetismus. Zeitschrift fur Physik [ tysk ] ]. 61 (3-4): 206-219. Bibcode : 1930ZPhy...61..206B . DOI : 10.1007/BF01339661 . ISSN  0044-3328 .
2. ↑ Holstein, T.; Primakoff, H. (1940). "Feltafhængighed af den indre domænemagnetisering af en ferromagnet". Fysisk gennemgang . 58 (12): 1098-1113. DOI : 10.1103/PhysRev.58.1098 . ISSN  0031-899X .
3. ↑ Dyson, Freeman J. (1956). "Generel teori om spin-bølge-interaktioner". Fysisk gennemgang . 102 (5): 1217-1230. DOI : 10.1103/PhysRev.102.1217 . ISSN  0031-899X .
4. ↑ C. Kittel, Introduction to Solid State Physics , 7. udgave (Wiley, 1995). ISBN 0-471-11181-3
5. ↑ Kranendonk, J. Van; Vleck, J.H. Van (1958). Spin bølger. Rev. Mod. Phys . 30 (1): 1-23. Bibcode : 1958RvMP...30....1V . DOI : 10.1103/RevModPhys.30.1 .
6. ↑ Brockhouse, BN (1957). "Spredning af neutroner ved spinbølger i magnetit". Phys. Rev. _ 106 (5): 859-864. Bibcode : 1957PhRv..106..859B . DOI : 10.1103/PhysRev.106.859 .
7. ↑ Nikuni, T.; Oshikawa, M.; Oosawa, A.; Tanaka, H. (1999). "Bose-Einstein-kondensering af fortyndede Magnoner i TlCuCl 3 ". Phys. Rev. Lett . 84 (25): 5868-5871. arXiv : cond-mat/9908118 . Bibcode : 2000PhRvL..84.5868N . DOI : 10.1103/PhysRevLett.84.5868 . PMID  10991075 .
8. ↑ Demokritov, SO; Demidov, VE; Dzyapko, O.; Melkov, G.A.; Serga, A.A.; Hillebrands, B.; Slavin, AN (28. september 2006). "Bose-Einstein-kondensering af kvasi-ligevægtsmagnoner ved stuetemperatur under pumpning" . natur . 443 (7110): 430-433. Bibcode : 2006Natur.443..430D . DOI : 10.1038/nature05117 . PMID  17006509 .

• Store sovjetiske encyklopædi.
• Akhiezer A. I., Baryakhtar V. G., Peletminsky S. V. Spin-bølger. - M., 1967.