к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Обменное взаимодействие в магнетизме

Обменное взаимодействие в магнетизме - специфически квантовомеханич. связь между носителями магнетизма в атомных ядрах, атомах, молекулах, газах и конденсир. средах (обменное взаимодействие, косвенное обменное взаимодействие, РККИ-обменное взаимодействие). Первопричиной О. в. является принцип неразличимости тождеств. частиц (тождественности принцип). О. в. по своему генезису имеет электростатич. происхождение. Как правило, энергия электрич. взаимодействия микрочастиц больше (по порядку величин) энергии магн. взаимодействия. Это следует из сравнения квазикласспч. выражений для электрич. энергии взаимодействия двух элементарных зарядов е ~ 10-10 СГСЭ (расположенных на атомном расстоянии а ~ 10-8 см), равной e2/a ~ 10-12 эрг, и энергии взаимодействия двух элементарных магн. моментов (магнетонов Бора15006-45.jpg ~10-20 СГСМ), равной15006-46.jpg ~ 10-16 эрг. В классич. физике все магн. свойства микро- и макросистем определяются только магн. взаимодействиями микрочастиц. В то же время точки Кюри TС мн. ферромагнетиков (т. е. темп-pa, выше к-рой ферромагнетизм исчезает) порядка 10215006-47.jpg103 К и, следовательно, соответствующие этим температурам энергии kTС~ 10-1415006-48.jpg 10-13 эрг, что в десятки или сотни раз больше любой возможной энергии чисто магн. связи. Кроме того, опыты Я. Г. Дорфмана (1927) по определению отклонения15006-49.jpg -частиц в спонтанно намагниченном ферромагнетике показали однозначно, что внутри ферромагнетика нет никакого эфф. поля магн. происхождения. Эти факты позволили предположить, что такое яркое магн. явление, как ферромагнетизм, по своему происхождению в основном не является магн. эффектом, а обусловлено электрич. силами связи атомных носителей магнетизма в твёрдом теле. Связь магн. состояния простейших двухэлектронных микросистем с электрич. взаимодействием электронов была показана на примере атома гелия В. Гейзенбергом (W. Heisenberg, 1926) и молекулы водорода В. Гайтлером и Ф. Лондоном (W. Heitler, F. W. London, 1927). Расчёт для этих систем проводился при полном пренебрежении магнитными (спин-спиновыми, спин-орбитальными и орбит-орбитальными) взаимодействиями. Тем не менее оказывается, что энергия системы резко зависит от её магн. состояния. В двухэлектронной спиновой системе для s-состояний, в к-рых отсутствуют орбитальные магн. вклады, возможны два типа состояний: синглетное с нулевым результирующим спином S = 0 и триплетное с результирующим спином S = 1. Полуразность между энергиями этих состояний15006-50.jpgи15006-51.jpgи есть энергия О. в. двухэлектронной системы, т. е.

15006-52.jpg

Из (1) видно, что при А > 0 имеем15006-53.jpg т. е. основным состоянием является триплетное намагниченное состояние со спином S = 1. Напротив, при А < О имеем15006-54.jpg и основным состоянием является немагнитный синглет. По П. Дираку (P.A.M.Dirac, 1926) и Дж. Ван Флеку (J. H. Van Vleck, 1932), энергию двухэлектронной системы можно записать в виде

15006-55.jpg

при15006-56.jpg а при15006-57.jpgИз квантовой механики известно, что квадрат оператора вектора суммарного спина двухэлектронной системы S = s2 + s2, в единицах15006-58.jpg равен S2 = 3/2 + 2s1s2 = S(S + 1). Здесь s1(s2) спиновые моменты одного электрона со спиновым квантовым числом s = 1/2, поэтому s12 = s22 = s(s+1) = 3/4. Оператор (1/2 + 2s1s2) имеет собств. значения S(S + 1) - 1, совпадающие с возможными значениями параметра15006-59.jpg из (2) при S = 0 и S = 1. Поэтому оператор энергии (2) можно записать как:

15006-60.jpg

где15006-61.jpg имеет требуемые собств. функции по отношению к спину и точные собств. значения энергии. Здесь15006-62.jpg15006-63.jpg - ср. энергия всех 4 спиновых состояний (синглетного с S = 0 и трёх триплетных с S = 1 и Sz = 0, +1, - 1) с учётом их статистич. весов. Вычисление обменного параметра А требует знания волновых функций задачи. Из (3) мы только знаем, что при А > 0 основное состояние триплетное (магнитное), а при А < 0 оно синглетное (немагнитное). Дирак и Ван Флек обобщили гамильтониан (3) на случай кристалла. Приближённая ф-ла обобщённого гамильтониана имеет вид

15006-64.jpg

Здесь si - операторы векторов спинов отд. электронов со спиновым квантовым числом 1/2. Возможны и др. гамильтонианы обмена для более сложных типов связи. Обычно ф-лу (4) применяют к случаям, когда под векторами si подразумевают полные спины незаполненных d - или f - слоев электронной оболочки атомов15006-65.jpg

15006-66.jpg

где15006-67.jpg и15006-68.jpg - номера узлов решётки. Законность перехода от (4) к (5) не столь очевидна и требует спец. исследования. Если считать, что обменный параметр заметно отличен от нуля только для узлов15006-69.jpgи15006-70.jpg - ближайших соседей в решётке, то, вводя обозначение15006-71.jpg будем иметь вместо (5)

15006-72.jpg

где сумма берётся только по парам ближайших соседей.
Для квадрата суммарного спина всего кристалла снова, как и для двухэлектронной системы, имеем
15006-73.jpg

где S' - спиновое квантовое число всей системы N атомов. Число членов в двойной сумме в (7) равно N(N - 1), поэтому среднее от её отд. члена даётся выражением

15006-74.jpg

Число членов в сумме (6) равно NZ/2, где Z - число ближайших соседей узла решётки. Поэтому ср. значение15006-75.jpg с точностью до аддитивной постоянной15006-76.jpgравно

15006-77.jpg

Результирующий спин S отд. узла решётки - порядка единицы, а число S' - порядка доли всех узлов кристалла, участвующих в намагниченности, к-рая равна т = Ny (здесь15006-78.jpg - относительная намагниченность). Поэтому в ферромагнетиках с точностью до величины порядка N-1 имеем

15006-79.jpg

Последнее эквивалентно выражению для энергии молекулярного поля в классич. феноменологич. теории ферромагнетизма Вейса (P. Weiss, 1907). Однако квантовая теория даёт физ. интерпретацию электростатич. происхождения обменного параметра А, что не могло быть получено в классич. теории (см. Молекулярное поле ).Используя даже очень грубое приближение обменной проблемы (приближение эпергетич. центров тяжести по Гейзенбергу), получаем критерий для магн. состояния твёрдого тела: А > 0 - это необходимое условие для возникновения ферромагнетизма, а А < 0 - для немагн. состояния (антиферромагнетизма или парамагнетизма). Этот критерий, естественно, не может носить характера достаточного условия в силу приближённости теории энергетич. центров тяжести для локализов. атомных спиновых моментов в кристалле. Большие трудности возникают до сих пор как при попытках уточнения вида обменного гамильтониана (5), так и при проведении вычислений величины и определения знака обменного параметра А. Совершенно по-особому следует рассматривать магнетики разл. типов (металлические, полупроводниковые и диэлектрические), кристаллы чистых элементов, их разл. сплавы (упорядоченные и неупорядоченные), аморфные твёрдые тела, металлические стёкла, спиновые стёкла и т. д., а также системы с локализованными или коллективизир. атомными магн. моментами. Во всех этих случаях требуется свой особый подход для выяснения типа обменной связи. Схематич. иллюстрацию ситуации в обменной проблеме для магнетиков даёт наглядная схема, предложенная Херрингом (С. Herring, 1966) (рис.).

15006-80.jpg

Схема, иллюстрирующая связь четырёх различных основных механизмов обмена в кристаллах с металлической (её преобладание указано вертикальной стрелкой, направленной вверх) и неметаллической (вертикальная стрелка, направленная вниз) связями для локализованных (горизонтальная стрелка, направленная влево) и нелокализованных (горизонтальная стрелка, направленная вправо) моментов. Каждый тип обмена представлен двумя концентрическими окружностями; из них внутренняя окружность (сплошная линия) представляет основную область действия данного типа обмена, а внешняя (пунктирная линия)- возможную область (подчинённого) действия.

Литература по обменному взаимодействию в магнетизме

  1. Heisenberg W., Mehrkorperprobleme und Resonanz in der Quantenmechanik 1 - 2, "Z. Phys.", 1926, Bd 38, S. 411; 1927, Bd 41, S. 239;
  2. его же, Zur Theorie des Ferromagnetismus, "Z. Phys.", 1928, Bd 49, S. 619;
  3. его же, Uber die Spectra von Atomsystemen mit zwei Elektronen, "Z. Phys.", 1926, Bd 39, S. 499;
  4. Heitler W., London F., Wechselwirkung neutraler Atome und homoopolare Bindung nach der Quanlenmechanik, "Z. Phys.", 1927, Bd 44, S. 455;
  5. Dirас Р., Quantum mechanics of many-electronsystems, "Proc. Roy. Soc.", 1929, v. 123, p. 714;
  6. Van Vleck J. H., The theory of electric and magnetic susceptibilities, Oxf., 1932;
  7. Herring С., в кн.: Magnetism, v. 4, N. Y., 1966;
  8. Вонсовокий С. В., Магнетизм, М., 1971;
  9. Нагаев Э. Л., Магнетнки со сложными обменными взаимодействиями, М., 1988.

С. В. Вонсовский

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, что электромагнитное и другие поля есть различные типы колебаний, деформаций и вариаций давления в эфире.

Понятие же "физического вакуума" в релятивистской квантовой теории поля подразумевает, что во-первых, он не имеет физической природы, в нем лишь виртуальные частицы у которых нет физической системы отсчета, это "фантомы", во-вторых, "физический вакуум" - это наинизшее состояние поля, "нуль-точка", что противоречит реальным фактам, так как, на самом деле, вся энергия материи содержится в эфире и нет иной энергии и иного носителя полей и вещества кроме самого эфира.

В отличие от лукавого понятия "физический вакуум", как бы совместимого с релятивизмом, понятие "эфир" подразумевает наличие базового уровня всей физической материи, имеющего как собственную систему отсчета (обнаруживаемую экспериментально, например, через фоновое космичекое излучение, - тепловое излучение самого эфира), так и являющимся носителем 100% энергии вселенной, а не "нуль-точкой" или "остаточными", "нулевыми колебаниями пространства". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 01.10.2019 - 05:20: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
30.09.2019 - 12:51: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Дэйвида Дюка - Карим_Хайдаров.
30.09.2019 - 11:53: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 19:30: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 09:21: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 07:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Михаила Делягина - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 17:35: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Пешехонова - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 16:35: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 08:33: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 06:29: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Ю.Ю. Болдырева - Карим_Хайдаров.
24.09.2019 - 03:34: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
24.09.2019 - 03:32: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> "Зенит"ы с "Протон"ами будут падать - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution