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 2745 дней]}.

Краткая история

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 ${\displaystyle \hbar }$ и полный магнитный момент вдоль оси квантования — на ${\displaystyle g\hbar }$, где ${\displaystyle g}$ — 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

• Спиновые волны
• Магноника

Литература

• 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

• Большая советская энциклопедия.
• Ахиезер А. И., Барьяхтар В. Г., Пелетминский С. В. Спиновые волны. — М., 1967.

Эта страница в последний раз была отредактирована 18 апреля 2023 в 07:35.