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. электроныпроводимости 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 перекрытиеволновых ф-ций электронов соседних ионов слишком мало и прямое ОВ в такихвеществах не может обеспечивать наблюдаемое магн. упорядочение.

Идея косвенного ОВ посредством коллективизиров. носителей магн. моментавысказана М. Рудерманом и Ч. Киттелем [1] в работе, посвящённой теории сверхтонкоговзаимодействия. Т. Касуя [2] и К. Иосида [3] предположили, что механизмвозникновения эффективного ОВ между магн. моментами ионов аналогичен механизмувозникновения эфф. взаимодействия между ядерными спинами.

Локализов. спин, погружённый в «облако» электронов проводимости, создаётспиновую поляризацию этого облака, причём поляризация носит осциллирующий(в пространстве) характер. Спины электронов проводимости стремятся экранироватьлокализов. спин, подобно тому как заряд электронов стремится экранироватьположит, заряд погружённого в их облако иона. Аналогично тому, как приэкранировании положит. заряда в облаке электронов возникают довольно слабозатухающие с расстоянием осцилляции концентрации электронов, возникаюти слабо затухающие осцилляции спиновой поляризации. Эти осцилляции воспринимаютсядругими локализов. спинами в той области пространства, где они локализованы, <и в результате появляется осциллирующий потенциал взаимодействия междуспинами.

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

где - гамильтониан подсистемы электронов проводимости, а - гамильтониан s - f-OB:

здесь - интеграл ОВ s-электрона со спином s_j, находящегосяв точке с радиусом-вектором rj, с f -электронами n -гоиона, обладающего результирующим спином S_n и локализованногов точке с радиусом-вектором R_n. Оценки величины I показывают, <что I ~ 10^-14-10^-13 эрг, в то время как ферми-энергия дляэлектронов проводимости эрг, т. о., параметр можно считать малым. Применив возмущений теорию по этому маломупараметру, можно рассчитать эфф. интеграл ОВ. Поправка к энергии в первомпорядке по теории возмущений не возникает, если предположить, что в основномсостоянии электроны проводимости находятся в неполяризов. состоянии, т. <к. имеется равное число электронов со спинами, направленными вдоль и противнамагниченности. Поправка второго порядка имеет вид

где N - число ионов,- ступенчатая тета-функция Дирака,- дисперсии закон электронов проводимости (- энергия,- волновые векторы), kp - значение волнового вектора на Ферми-поверхности| - Ферми-энергия],- вектор состояния, описывающий основное состояние f -подсистемы. <Эта поправка соответствует эфф. гамильтониану гейзенберговского типа (см. Гейзенбергамодель):

Число f -электронов и, следовательно, величина спина S_n одинаковы для всех ионов. Зависимость интеграла от расстояния между магн. ионами = определяетсязаконом дисперсии электронов проводимости и степенью заполненности проводимости зоны. Строгий расчёт осложнён учётом вклада от электронов, лежащих глубоко под поверхностьюФерми, где их нельзя считать квазисвободными при любом законе дисперсии. <Эфф. гамильтониан можно определить, предположив квадратичный закон дисперсииэлектронов проводимости где m* - эффективная массаs-электрона. Тогда

здесь V - объём тела, (график этой ф-ции изображён на рис.). Ф-ция определяет зависимость обменного интеграла от расстояния R_nm между магн. ионами. В зависимости отвеличины R_nm обмен может быть ферромагнитным (, и антиферромагнитным . С ростом расстояния R_nm осцилляции затухают и при большихрасстояниях.

В отличие от короткодействующего прямого OВ. РККИ-о. в. имеет большойрадиус. Интеграл сильно зависит от концентрации свободных носителей заряда n_s. Т. <к. ,.Поэтому в диэлектриках, где концентрация свободных носителей заряда оченьмала, РККИ-о. в. можно не учитывать. РККИ-о. в. позволяет объяснить существованиеразл. магн. структур. Так, если ближайшие магн. соседи расположены на расстояниях, <при к-рых ,то осуществится ферромагн. упорядочение, если ,-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 exchangecoupling 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- andantiferromagnetism 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.

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