Магнон

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.

Магнон
Состав: Квазичастица
Семья: Бозон
Теоретически обоснована: 1930 г. Феликсом Блохом
Масса 0 МэВ/c2 (теоретически)
Время жизни: ∞ (теоретически)
          Квантовые0числа:
Электрический заряд: 0
Спин: 1 ħ

Краткая история

Концепция магнона была введена в 1930 г. Феликсом Блохом[1] для количественного объяснения феномена уменьшения спонтанной намагниченности 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, 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 и полный магнитный момент вдоль оси квантования — на , где  — это гиромагнитное отношение.

Количественная теория магнонов (квантованных спиновых волн) получила дальнейшее развитие в работах Тэда Хольстена, 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”. Zeitschrift für Physik [нем.]. 61 (3—4): 206—219. Bibcode:1930ZPhy...61..206B. DOI:10.1007/BF01339661. ISSN 0044-3328.
  2. Holstein, T.; Primakoff, H. (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. Dyson, Freeman J. (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. Kranendonk, J. Van; Vleck, J. H. Van (1958). “Spin Waves”. Rev. Mod. Phys. 30 (1): 1—23. Bibcode:1958RvMP...30....1V. DOI:10.1103/RevModPhys.30.1.
  6. Brockhouse, B. N. (1957). “Scattering of Neutrons by Spin Waves in Magnetite”. 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 Condensation of Dilute Magnons in TlCuCl3”. 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, S. O.; Demidov, V. E.; Dzyapko, O.; Melkov, G. A.; Serga, A. A.; Hillebrands, B.; Slavin, A. N. (28 September 2006). “Bose–Einstein condensation of quasi-equilibrium magnons at room temperature under pumping”. Nature. 443 (7110): 430—433. Bibcode:2006Natur.443..430D. DOI:10.1038/nature05117. PMID 17006509.
  • Большая советская энциклопедия.
  • Ахиезер А. И., Барьяхтар В. Г., Пелетминский С. В. Спиновые волны. — М., 1967.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.