Стартовая Предметный указатель Новости науки и техники
Новости науки и техники
Новая линза для 3D-микроскопа
Разработка ученых для получения трехмерного изображения микроскопических объектов
Инженеры из Университета Огайо придумали линзы для микроскопа, которые позволяют проецировать изображение одновременно с девяти сторон, получая в результате 3D изображение.
Другие микроскопы для получения трехмерного изображения используют несколько камер или линз, которые движутся вокруг объекта; новая стационарная линза – первая и пока единственная, она одна способна показывать микроскопические объекты в 3D. Далее...

3D-микроскоп

ркки-обменное взаимодействие

РККИ-ОБМЕННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ (взаимодействие Рудермана - Киттеля - Касуя - Иосиды) - косвенное обменное взаимодействие между магн. ионами, осуществляемое через коллективизиров. электроны проводимости. РККИ-о. в. возникает в металлах и полупроводниках, где коллективизиров. электроны проводимости выступают посредниками обменного взаимодействия (ОВ) ионов, обладающих локализов. спинами, незаполненных d- и f- оболочек. В частности, РККИ-о. в. наблюдаются в редкоземельных металлах и их сплавах. Благодаря сильной локализации электронов 4f-оболочек перекрытие волновых ф-ций электронов соседних ионов слишком мало и прямое ОВ в таких веществах не может обеспечивать наблюдаемое магн. упорядочение.

Идея косвенного ОВ посредством коллективизиров. носителей магн. момента высказана М. Рудерманом и Ч. Киттелем [1] в работе, посвящённой теории сверхтонкого взаимодействия. Т. Касуя [2] и К. Иосида [3] предположили, что механизм возникновения эффективного ОВ между магн. моментами ионов аналогичен механизму возникновения эфф. взаимодействия между ядерными спинами.

Локализов. спин, погружённый в «облако» электронов проводимости, создаёт спиновую поляризацию этого облака, причём поляризация носит осциллирующий (в пространстве) характер. Спины электронов проводимости стремятся экранировать локализов. спин, подобно тому как заряд электронов стремится экранировать положит, заряд погружённого в их облако иона. Аналогично тому, как при экранировании положит. заряда в облаке электронов возникают довольно слабо затухающие с расстоянием осцилляции концентрации электронов, возникают и слабо затухающие осцилляции спиновой поляризации. Эти осцилляции воспринимаются другими локализов. спинами в той области пространства, где они локализованы, и в результате появляется осциллирующий потенциал взаимодействия между спинами.

Интеграл эффективного РККИ-о. в. можно рассчитать в рамках микроскопической s - f-обменной модели. Локализованные на ионах электроны частично заполненных оболочек описываются локализованными (атомными) волновыми ф-циями (f-подсистема), электроны проводимости описываются блоховскими функциями (s-подсистема) и наз. блоховскими электронами. Прямым f - f-ОВ можно пренебречь, т. к. расстояние между соседними ионами превышает радиус f-оболочки. Гамильтониан системы можно записать в виде
8011-68.jpg

где8011-69.jpg - гамильтониан подсистемы электронов проводимости, а8011-70.jpg - гамильтониан s - f-OB:
8011-71.jpg

здесь8011-72.jpg - интеграл ОВ s-электрона со спином sj, находящегося в точке с радиусом-вектором rj, с f-электронами n-го иона, обладающего результирующим спином Sn и локализованного в точке с радиусом-вектором Rn. Оценки величины I показывают, что I ~ 10-14-10-13 эрг, в то время как ферми-энергия для электронов проводимости8011-73.jpg эрг, т. о., параметр8011-74.jpg можно считать малым. Применив возмущений теорию по этому малому параметру, можно рассчитать эфф. интеграл ОВ. Поправка к энергии в первом порядке по теории возмущений не возникает, если предположить, что в основном состоянии электроны проводимости находятся в неполяризов. состоянии, т. к. имеется равное число электронов со спинами, направленными вдоль и против намагниченности. Поправка второго порядка имеет вид
8011-75.jpg

где N - число ионов,8011-76.jpg - ступенчатая тета-функция Дирака,8011-77.jpg - дисперсии закон электронов проводимости (8011-78.jpg - энергия,8011-79.jpg - волновые векторы), kp - значение волнового вектора на Ферми-поверхности |8011-80.jpg - Ферми-энергия],8011-81.jpg - вектор состояния, описывающий основное состояние f-подсистемы. Эта поправка соответствует эфф. гамильтониану гейзенберговского типа (см. Гейзенберга модель):
8011-82.jpg

Число f-электронов и, следовательно, величина спина Sn одинаковы для всех ионов. Зависимость интеграла8011-83.jpg от расстояния между магн. ионами8011-84.jpg =8011-85.jpg определяется законом дисперсии электронов проводимости8011-86.jpg и степенью заполненности проводимости зоны. Строгий расчёт8011-87.jpg осложнён учётом вклада от электронов, лежащих глубоко под поверхностью Ферми, где их нельзя считать квазисвободными при любом законе дисперсии. Эфф. гамильтониан можно определить, предположив квадратичный закон дисперсии электронов проводимости8011-88.jpg где m* - эффективная масса s-электрона. Тогда
8011-89.jpg

здесь V - объём тела,8011-90.jpg (график этой ф-ции изображён на рис.). Ф-ция8011-91.jpg определяет зависимость обменного интеграла8011-92.jpg от расстояния Rnm между магн. ионами. В зависимости от величины Rnm обмен может быть ферромагнитным (8011-93.jpg , и антиферромагнитным8011-94.jpg . С ростом расстояния Rnm осцилляции затухают и при больших расстояниях.
8011-95.jpg8011-96.jpg

В отличие от короткодействующего прямого OВ. РККИ-о. в. имеет большой радиус. Интеграл8011-97.jpg сильно зависит от концентрации свободных носителей заряда ns. Т. к.8011-98.jpg ,8011-99.jpg. Поэтому в диэлектриках, где концентрация свободных носителей заряда очень мала, РККИ-о. в. можно не учитывать. РККИ-о. в. позволяет объяснить существование разл. магн. структур. Так, если ближайшие магн. соседи расположены на расстояниях, при к-рых8011-100.jpg, то осуществится ферромагн. упорядочение, если8011-101.jpg,- то антиферромагнитное. Более сложные магн. структуры, напр. геликоидальные, можно также объяснить с помощью существования знакопеременного 0В.

Лит.: 1) Ruderman M. А., К i t t e 1 С., Indirect exchange coupling of nuclear magnetic moments by conduction electrons, «Phys. Rev.», 1954, v. 96, p. 99; 2) К a s u у а Т., A theory of metallic ferro- and antiferromagnetism on Zencr's model, «Progr. Theor. Phys.», 1956, v. 16, p. 45; 3) Y о s i d a K., Magnetic proper i. > of Cu-Mn alloys, «Phys. Rev.», 1957.,. v. 106, p. 893; 4) У а и т Р. М., Квантовая теория магнетизма, пер. с англ., 2 изд., М., 1985. А. В. Ведяев, О. А. Котелънипова.

  Предметный указатель