ПАУЛИ ПАРАМАГНЕТИЗМ

ПАУЛИ ПАРАМАГНЕТИЗМ

- спиновый парамагнетизм вырожденного идеального газа электронов проводимости (в общем случае - газа фермионов).
Существование П. п. у металлов было теоретическиобъяснено В. Паули в 1927 на основе Ферми - Дирака статистики электроновпроводимости и Зеемана эффекта.
Зеемановское расщепление энергетич. зоныэлектронов (см. Зонная теория )в магн. поле Н на двеподзоны с противоположными проекциями спина сопровождается нарушением скомпенсиров. <заселённости подзон (отвечающей распределению Ферми - Дирака). Более заселённойоказывается нижележащая (низкоэнергетич.) подзона, у электронов к-рой спиновый магнитный момент направлен по полю. В результате возникает положит. <спиновая намагниченность (парамагнетизм). Её значение при произвольномвиде плотности электронных состояний в зоне N( )и Н 0определяют численными методами из выражения

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

Из этой ф-лы видно, что в первом приближенииП. 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 температуру Напр.,в жидком ³ Не (см. Гелий жидкий), представляющем ферми-системуядер, такой переход наблюдается при Т ₀1К, тогда как для газа свободных электронов в металле он недостижим ( Т,~ 10⁵ К). В реальных металлпч. системах со сложным многозонным дисперсии законом величину Т ₀ задают ближайшиек ферми-уровню края перекрывающихся зон и др. экстремальные значения энергии к-рым соответствуют особые точки и тонкая структура ф-ции N(). Вслучае характерные для перехода в классич. область аномалии спиновой восприимчивостипроявляются при довольно низких темп-pax на фоне регулярного П. п. от вырожденныхзон (напр., в Pd Т ₀100К).
Колебания кристаллич. решётки, влияющиена ф-цию , несколько видоизменяют температурную зависимость П. п. Однако более существеннуюроль играют межэлектронные взаимодействия. Так, обменное взаимодействие понижаеткулоновскую энергию электронов с одинаковым направлением спина, удерживаяих вдали друг от друга (см. Паули принцип). Это способствует спиновойполяризации взаимодействующих электронов и усиливает спиновый парамагнетизм:

(здесь - параметр эфф. обменно-корреляц. взаимодействия в среднего поля приближении,- магн. восприимчивость усиленного парамагнетизма). В системах с высокойплотностью состояний фактор усиления S может достигать больших значений[напр., S( Т = 0)10 в Pd и 50в TiBe₂] вплоть до появления спонтанной намагниченности привыполнении Стонера критерия ферромагнетизма: Вмеру величины S проявляется коллективный характер термич. возбужденийв 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 интерпретацияП. п. затруднены присутствием соизмеримых вкладов - диамагнетизма ионови 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 намагниченностии исследовать его зависимость от темп-ры и магн. поля.
П. п. служит источником полезных сведенийоб 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 коллективизированныхэлектронов, "УФН", 1981, т. 135, С. 117.

И. В. Свечкарёв.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.