паули парамагнетизм

ПАУЛИ ПАРАМАГНЕТИЗМ - спиновый парамагнетизм вырожденного идеального газа электронов проводимости (в общем случае - газа фермионов).
Существование П. п. у металлов было теоретически объяснено В. Паули в 1927 на основе Ферми - Дирака статистики электронов проводимости и Зеемана эффекта.
Зеемановское расщепление энергетич. зоны электронов (см. Зонная теория)в магн. поле Нна две подзоны с противоположными проекциями спина сопровождается нарушением скомпенсиров. заселённости подзон (отвечающей распределению Ферми - Дирака). Более заселённой оказывается нижележащая (низкоэнергетич.) подзона, у электронов к-рой спиновый магнитный момент направлен по полю. В результате возникает положит. спиновая намагниченность (парамагнетизм). Её значение при произвольном виде плотности электронных состояний в зоне N()и Н0 определяют численными методами из выражения

[химический потенциал(Т)в ф-ции распределения Ферми - Дирака задаётся условием постоянства общего числа электронов, - магнетон Бора,(0) = - ферми-энергия]. Спин-орбитальное взаимодействие при расчётах считается слабым, усреднённая по электронным состояниям в окрестности величина Ланде множителя близка к значению g = 2 для свободных электронов.
При сильном вырождении (kT, )для вычисления спиновой парамагн. восприимчивости используют разложение (1) до членов ~ Т², к-рое описывает характерное для этой области насыщение классич. температурной зависимости

Из этой ф-лы видно, что в первом приближении П. п. не зависит от темп-ры.
Величина и температурное поведение П. п. непосредственно связаны с видом ф-ции N() вблизи энергии Ферми, а переход П. и. к классич. парамагнетизму определяет вырождения температуруНапр., в жидком ³Не (см. Гелий жидкий), представляющем ферми-систему ядер, такой переход наблюдается при Т₀1 К, тогда как для газа свободных электронов в металле он недостижим (Т, ~ 10⁵ К). В реальных металлпч. системах со сложным многозонным дисперсии законом величину Т₀ задают ближайшие к ферми-уровню края перекрывающихся зон и др. экстремальные значения энергии к-рым соответствуют особые точки и тонкая структура ф-ции N(). В случае характерные для перехода в классич. область аномалии спиновой восприимчивости проявляются при довольно низких темп-pax на фоне регулярного П. п. от вырожденных зон (напр., в Pd Т₀100 К).
Колебания кристаллич. решётки, влияющие на ф-цию , несколько видоизменяют температурную зависимость П. п. Однако более существенную роль играют межэлектронные взаимодействия. Так, обменное взаимодействие понижает кулоновскую энергию электронов с одинаковым направлением спина, удерживая их вдали друг от друга (см. Паули принцип ).Это способствует спиновой поляризации взаимодействующих электронов и усиливает спиновый парамагнетизм:

(здесь - параметр эфф. обменно-корреляц. взаимодействия в среднего поля приближении, - магн. восприимчивость усиленного парамагнетизма). В системах с высокой плотностью состояний фактор усиления S может достигать больших значений [напр., S(Т = 0) 10 в Pd и50 в TiBe₂] вплоть до появления спонтанной намагниченности при выполнении Стонера критерия ферромагнетизма:В меру величины S проявляется коллективный характер термич. возбуждений в виде спин-флуктуац. добавки к параметру в (3), к-рая может доминировать в поведении намагниченности М (Т, Н)систем, близких к ферромагн. неустойчивости.
Наблюдение и однозначная интерпретация П. п. затруднены присутствием соизмеримых вкладов - диамагнетизма ионов и электронов проводимости в простых металлах и ванфлековского парамагнетизма в переходных металлах. Ряд явлений - электронный парамагн. резонанс, гиромагн. явления и сдвиг Найта - помогает выделить П. п. из общей намагниченности и исследовать его зависимость от темп-ры и магн. поля.
П. п. служит источником полезных сведений об энергетич. спектре и взаимодействиях электронов в системах с металлич. проводимостью.

Лит.: Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1971; Уайт Р., Квантовая теория магнетизма, пер. с англ., 2 изд., M., 1985; Мория Т., Последние достижения теории магнетизма коллективизированных электронов, "УФН", 1981, т. 135, С. 117.

И. В. Свечкарёв.