Магнон

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
	Медиафайлы на Викискладе

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 2565 дней]}.

Краткая история Править

Концепция магнона была введена в 1930 г. Феликсом Блохом^[1] для количественного объяснения феномена уменьшения спонтанной намагниченности^[en] 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^[en]^*, 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 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $\hbar$ и полный магнитный момент вдоль оси квантования — на $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $g\hbar$ , где $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $g$ — это гиромагнитное отношение.

Количественная теория магнонов (квантованных спиновых волн) получила дальнейшее развитие в работах Тэда Хольстена^[en], 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 Править

Литература Править

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 Править

↑ 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.
↑ 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.
↑ 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.
↑ C. Kittel, Introduction to Solid State Physics, 7th edition (Wiley, 1995). ISBN 0-471-11181-3
↑ 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.
↑ 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.
↑ 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.
↑ 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.

[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.

[HolsteinPrimakoff1940-2] 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.

[Dyson1956-3] 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.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]