РККИ взаимодействие

Взаимодействие РККИ — это дальнодействующее взаимодействие магнитных моментов в металле. Энергия колеблется с расстоянием, затухая по мере $r^{-3}$. Колебания вызваны взаимодействием магнитных моментов с электронами проводимости в металле.

Схематическая диаграмма четырех электронов, рассеянных четырьмя магнитными атомами далеко друг от друга. Каждый атом находится в центре затухающих электронных волн. Электроны опосредуют взаимодействия между атомами, полюса которых могут меняться из-за влияния других атомов и окружающих электронов. Воспроизведено из и .

В физической теории намагничивания спинового стекла ядерных Рудермана -Киттеля-Касуи-Йосиды ( РККИ ) взаимодействие моделирует взаимодействие или магнитных моментов локализованных внутренних спинов электронов d- или f-оболочки через электроны проводимости . Она названа в честь Малвина Рудермана , Чарльза Киттеля , Тадао Касуя и Кея Ёсиды , физиков, которые первыми предложили и разработали модель.

Малвин Рудерман и Чарльз Киттель из Калифорнийского университета в Беркли первыми предложили модель, объясняющую необычно широкие линии ядерного спинового резонанса в природном металлическом серебре. Теория представляет собой косвенную обменную связь : сверхтонкое взаимодействие связывает ядерный спин одного атома с электроном проводимости, также связанным со спином другого ядра. Предположение о сверхтонком взаимодействии оказывается излишним и с таким же успехом может быть заменено обменным взаимодействием .

Простейшая трактовка предполагает использование волновой функции Блоха и поэтому применима только к кристаллическим системам; результирующая корреляционная энергия, рассчитанная с помощью теории возмущений , принимает следующий вид: $$H(\mathbf {R} _{ij})={\frac {\mathbf {I} _{i}\cdot \mathbf {I} _{j}}{4}}{\frac {\left|\Delta _{k_{m}k_{m}}\right|^{2}m^{*}}{(2\pi )^{3}R_{ij}^{4}\hbar ^{2}}}\left[2k_{m}R_{ij}\cos(2k_{m}R_{ij})-\sin(2k_{m}R_{ij})\right]{\text{,}}$$ где H представляет собой гамильтониан , R _ij — расстояние между ядрами i и j , I _i — ядерный спин атома i , Δ _{k m k m} — матричный элемент, который представляет силу сверхтонкого взаимодействия, м ^* – эффективная масса электронов в кристалле, k _m – импульс Ферми . Интуитивно мы можем представить это так, когда один магнитный атом рассеивает электронную волну, которая затем рассеивает другой магнитный атом на много атомов дальше, таким образом связывая спины двух атомов.

Тадао Касуя из Университета Нагои позже предположил, что аналогичная непрямая обменная связь может происходить с локализованными внутренними спинами d-электронов, а не с ядрами. Эта теория была более полно расширена Кеем Йосидой из Калифорнийского университета в Беркли, чтобы дать гамильтониан, который описывает (спин d-электрона) – (спин d-электрона), (спин ядра) – (спин ядра) и (спин d-электрона )–(ядерный спин) взаимодействия. Дж. Х. Ван Флек прояснил некоторые тонкости теории, в частности, взаимосвязь между пертурбативными вкладами первого и второго порядка.

Возможно, наиболее значительное применение теории РККИ было в теории гигантского магнитосопротивления (ГМР). ГМР был обнаружен, когда было обнаружено, что связь между тонкими слоями магнитных материалов, разделенных немагнитным прокладочным материалом, колеблется между ферромагнетиком и антиферромагнетиком в зависимости от расстояния между слоями. Это ферромагнитное/антиферромагнитное колебание является одним из предсказаний теории РККИ.

Дальнейшее чтение

• Бландин, А.; Фридель, Дж. (1959). «Магнитные свойства разбавленных сплавов. Магнитные взаимодействия и антиферромагнетизм в сплавах типа благородный металл-переходный металл» . Журнал физики и радия . 20 (2–3): 160. doi : 10.1051/jphysrad:01959002002-3016000 .