Magnon

Magnon  är en kvasipartikel som motsvarar en elementär excitation av ett system av interagerande snurr . I kristaller med flera magnetiska subgitter (till exempel antiferromagneter ) kan det finnas flera typer av magnoner med olika energispektra. Magnons lyder Bose-Einsteins statistik . Magnoner interagerar med varandra och med andra kvasipartiklar. Förekomsten av magnoner bekräftas av experiment på spridningen av neutroner , elektroner och ljus , vilket åtföljs av födelsen eller förintelsen av en magnon. .

Kort historik

Magnonkonceptet introducerades 1930 av Felix Bloch [1] för att kvantitativt förklara fenomenet med minskningen av spontan magnetisering i ferromagneter . Vid absolut nolltemperatur når en ferromagnet sitt lägsta energitillstånd, där atomsnurrarna (liksom de magnetiska momenten) riktar in sig i samma riktning. När temperaturen stiger börjar spinnen avvika från den allmänna riktningen, vilket ökar den inre energin och minskar den totala magnetiseringen. Om vi ​​föreställer oss en perfekt magnetiserad ferromagnet som ett vakuumtillstånd , så kan tillståndet vid låga temperaturer, där den ideala ordningen bryts av ett litet antal inverterade snurr, representeras som en gas av kvasipartiklar - magnoner. Varje magnon minskar antalet korrekt inriktade snurr med och det totala magnetiska momentet längs kvantiseringsaxeln med , där  är det gyromagnetiska förhållandet .

Den kvantitativa teorin om magnoner (kvantiserade spinnvågor) utvecklades vidare av Ted Holsten , Henry Primakov [2] och Freeman Dyson [3] . Med hjälp av den andra kvantiseringsmodellen visade de att magnoner beter sig som svagt interagerande kvasipartiklar, och lyder Bose-Einsteins lagar. En detaljerad beskrivning av magnon-teorin finns i Charles Kittels lärobok om fasta tillståndets fysik [4] eller i en tidig översiktsartikel av Van Cranendonk och Van Vleck [5] .

Direkta bevis för förekomsten av magnoner hittades 1957 av Bertram Brockhouse , som visade den oelastiska spridningen av neutroner av magnoner i ferriter [6] . Förekomsten av magnoner har visats i ferromagneter , ferrimagneter och antiferromagneter .

Experiment med antiferromagneter i starka magnetfält har visat att magnoner verkligen lyder Bose-Einsteins statistik. Bose-Einstein-kondensationen av magnoner i en antiferromagnet vid låga temperaturer bevisades av Nikuni et al. [7] och i en ferrimagnet vid rumstemperatur av Demokritov et al. [8] .

Se även

• snurra vågor
• magnonica

Litteratur

• Kittel C. Introduktion till fasta tillståndets fysik. - 1953 (1:a upplagan), 2005 (8:e upplagan). — ISBN 0-471-41526-X .
  • Ryska översättning: Kittel C. Elementary Solid State Physics. — M .: Nauka, 1965.
  • Ryska översättning: Kittel C. Introduktion till fasta tillståndets fysik. — M .: Nauka, 1978.
• P. Schewe och B. Stein, Physics News Update 746 , 2 (2005). online Arkiverad 10 april 2013 på Wayback Machine

Källor

1. ↑ Bloch, F. (1930). Zur Theorie des Ferromagnetismus. Zeitschrift fur Physik [ tyska ] ]. 61 (3-4): 206-219. Bibcode : 1930ZPhy...61..206B . DOI : 10.1007/BF01339661 . ISSN  0044-3328 .
2. ↑ Holstein, T.; Primakoff, H. (1940). "Fältberoende av den inneboende domänmagnetiseringen av en ferromagnet". Fysisk granskning . 58 (12): 1098-1113. DOI : 10.1103/PhysRev.58.1098 . ISSN  0031-899X .
3. ↑ Dyson, Freeman J. (1956). "Allmän teori om Spin-Wave-interaktioner". Fysisk granskning . 102 (5): 1217-1230. DOI : 10.1103/PhysRev.102.1217 . ISSN  0031-899X .
4. ↑ C. Kittel, Introduktion till fast tillståndsfysik , 7:e upplagan (Wiley, 1995). ISBN 0-471-11181-3
5. ↑ Kranendonk, J. Van; Vleck, J.H. Van (1958). Snurra vågor. Varv. Mod. Phys . 30 (1): 1-23. Bibcode : 1958RvMP...30....1V . DOI : 10.1103/RevModPhys.30.1 .
6. ↑ Brockhouse, BN (1957). "Spridning av neutroner genom spinnvågor 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 av utspädda Magnoner i TlCuCl 3 ". Phys. Varv. 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 av kvasi-jämviktsmagnoner vid rumstemperatur under pumpning" . naturen . 443 (7110): 430-433. Bibcode : 2006Natur.443..430D . DOI : 10.1038/nature05117 . PMID  17006509 .

• Stora sovjetiska encyklopedien.
• Akhiezer A. I., Baryakhtar V. G., Peletminsky S. V. Spin waves. - M., 1967.