Магнитные эффекты в химических и дефектных реакциях. Иванков Ю.В - 15 стр.

UptoLike

15
3. Магнонный механизм реакции дефектов в твердых телах
Основная идея этого подхода основана на концепции решеточного магне-
тизма, индуцированного дефектами. Основанием для этого является тот экспе-
риментальный факт, что влияние магнитных полей на дефектные реакции на-
блюдается в кристаллах , симметрия которых не допускает какого - либо магнит-
ного упорядочения . Эксперимент показывает, что изменение именно дефектной
структуры кристалла является результатом воздействия магнитного поля . По-
этому можно предположить , что магнитный порядок возникает в искаженной
решетке кристалла благодаря самим дефектам . Деформация кристаллической
решетки и нарушение валентных связей такими дефектами может приводить к
неполной компенсации орбитальных токов или спинов электронов внешних
оболочек в искаженных элементарных ячейках , что , в свою очередь, приводит к
появлению неоднородного поля намагниченности в протяженной области де-
фекта , - домена, намагниченного дефектом (ДМД). Магнитное поле может при-
водить к распаду тех дефектных комплексов, деформация решетки которыми
обеспечивает возможность появления в спектре элементарных возбуждений
квазичастиц магнонного типа. Рассмотрим подробнее явление такого распада.
Будем считать , что магнон локализован в сферически симметричной пря -
моугольной потенциальной яме, в которой имеется по крайней мере один энер-
гетический уровень с отрицательной энергией E
B
, (см . рис.6). Магнон в данном
случае представляет собой пару электронов с полным спином S=1. Под воздей -
ствием внешнего магнитного поля H магнон может перейти в состояние непре -
рывного спектра и уйти за пределы потенциальной ямы, поскольку его движе-
ние в этом случае становится инфинитным. Здесь и далее будут рассмотрены
когерентные переходы , то есть такие, в которых магнон не претерпевает распа-
да (развала), и переходит в состояние непрерывного спектра как целое. В этом
случае можно не интересоваться внутренней структурой магнона : неважно , об-
разован ли он парой электронов, или парой орбитальных токов с относитель-
ным моментом импульса, равным единице. В этом случае удобно считать
именно магнон основной структурной единицей при рассмотрении основного
состояния , аналогично тому, что можно считать основной структурной едини-
цей куперовскую пару при рассмотрении механизма сверхпроводимости . Такой
механизм взаимодействия дефекта с магнитным полем имеет сходство (может
быть уподоблен ) с одночастичной моделью альфа-распада. В этой модели аль-
фа-распадное ядро представляется в виде потенциальной ямы, в которой лока-
лизована альфа-частица. Ее внутренняя структура в этом подходе не рассмат-
ривается . Энергия такого состояния положительна, и локализация альфа-
частицы обусловлена наличием потенциального барьера на границе потенци-
альной ямы. В этой модели существует конечная вероятность для альфа-
частицы «просочиться» сквозь такой барьер и перейти в состояние непрерывно -
го спектра. Такой переход как раз и является актом альфа-распада. В случае
магнона при наличии внешнего магнитного поля снимается вырождение со -
                                                15


3. М агнонны й механизмреакции д еф ектов в тверд ы х телах

        О сно вная идея это г  о п о дхо дао сно вана нако нцеп ции решето чно г        о маг   не-
тизма, индуц иро ванно го дефектами. О сно ванием для это г             о я вля ется то тэксп е-
риментальны й факт, что влия ние магнитны х п о лей на дефектны е реакции на-
блю дается вкристаллах, сим метрия ко то ры х не до п ускаеткако г              о -либо маг   нит-
но го уп о ря до чения . Э ксп ериментп о казы вает, что изменение именно дефектно й
структуры кристалла я вля ется результато м во здействия маг               нитно г  о п о ля . П о -
это мумо ж но п редп о ло ж ить, что магнитны й п о ря до к во зникаетв искаж енно й
решетке кристалла благ        о даря сам им дефектам . Д ефо рмация кристаллическо й
решетки и нарушение валентны х свя зей таким и дефектами мо ж етп риво дить к
неп о лно й ко м п енсации о рбитальны х то ко в или сп ино в электро но в внешних
о бо ло чек вискаж енны х элементарны х я чейках, что , всво ю о чередь, п риво дитк
п о я влению нео дно ро дно го п о ля намагниченно сти в п ро тяж енно й о бласти де-
фекта, - до мена, намагниченно г       о дефекто м (Д М Д ). М аг    нитно е п о ле мо ж етп ри-
во дить к расп адутех дефектны х ко м п лексо в, дефо рмация решетки ко то ры ми
о бесп ечивает во змо ж но сть п о я вления в сп ектре элементарны х во збуж дений
квазичастиц магно нно го тип а. Рассмо трим п о дро бнеея вление тако г             о расп ада.
        Будем считать, что маг      но н ло кализо ван в сферически симметрично й п ря -
мо угольно й п о тенц иально й я ме, вко то ро й имеется п о крайней мере о дин энер-
г етический уро веньс о трицательно й энерг          ией EB, (см. рис.6). М аг     но н вданно м
случае п редставля етсо бо й п аруэлектро но в с п о лны м сп ино м S=1. П о д во здей-
ствием внешнег     о маг  нитно г о п о ля H маг  но н мо ж етп ерейти всо сто я ние неп ре-
ры вно г  о сп ектра и уйти за п ределы п о тенциально й я м ы , п о ско лькуего движ е-
ние в это м случае стано вится инфинитны м . Здесь и далее будутрассмо трены
ко герентны е п ерехо ды , то естьтакие, в ко то ры х магно н не п ретерп еваетрасп а-
да (развала), и п ерехо дитв со сто я ние неп реры вно г        о сп ектра как ц ело е. В это м
случае мо ж но не интересо ваться внутренней структуро й маг               но на: неваж но , о б-
разо ван ли о н п аро й электро но в, или п аро й о рбитальны х то ко в с о тно ситель-
ны м мо менто м имп ульса, равны м единице. В это м случае удо бно считать
именно магно н о сно вно й структурно й единицей п ри рассмо трении о сно вно г                   о
со сто я ния , анало гично то му, что мо ж но считать о сно вно й структурно й едини-
цей куп еро вскую п аруп ри рассмо трении механизмасверхп ро во димо сти. Т ако й
механизм взаимо действия дефекта с маг            нитны м п о лем имеетсхо дство (мо ж ет
бы ть уп о до блен) с о дно частично й мо делью альфа-расп ада. В это й мо дели аль-
фа-расп адно е я дро п редставля ется в виде п о тенциально й я м ы , в ко то ро й ло ка-
лизо вана альфа-частица. Е е внутрення я структура в это м п о дхо де не рассмат-
ривается . Э нергия тако го со ст        о я ния п о ло ж ительна, и ло кализац ия альфа-
частицы о бусло влена наличием п о тенц иально г           о барьера на границе п о тенц и-
ально й я м ы . В это й мо дели сущ ествует ко нечная веро я тно сть для альфа-
частицы «п ро со читься » скво зьтако й барьер и п ерейти всо сто я ние неп реры вно -
г о сп ектра. Т ако й п ерехо д как раз и я вля ется акто м альфа-расп ада. В случае
магно на п ри наличии внешнег          о маг   нитно г о п о ля снимается вы ро ж дение со -