|
|
взаимодействия в переиирммрованноп таким образом магн. подсистеме. При этом связь между ионами i и / имеет в нерелятивистском приближении обычный вид взаимодействия Гсйзенберга≈-Дирака≈Ван Флека с гамильтонианом .9?≈≈2Ji/S;Sj (S/ ≈ оператор спина, см. Гейзенберга модель), а обменный параметр J// включает потенциальный (электростатич.) ш кинетич. обмен. Вклад потенц. обмена положителен (способствует параллельной ориентации спинов) и обусловлен уменьшением кулоновского отталкивания для электронов с параллельными спинами из-за «фермиевской
CiXD
р' Р
Основное состояние а
+ сг
\ t CXD
d,rf,' р
Возбужд╦нное состояние
(Г
CXD р
Возбужд╦нное состояние б
пи+ О2'
dXD
Основное состояние
Мп'
дырки» (см. Корреляционная энергия]. Вклад кинетич. обмена отрицателен (способствует антипараллел ьной ориентации спинов) и обусловлен процессами второго порядка теории возмущений по параметру, представляющему отношение энергии переноса d-электрона между магн. ионами к энергии отталкивания d-элект-ронов на одном центре (ионе). Обычно кинетич. обмен больше потенциального, что и объясняет более широкую распростран╦нность антиферромагнетизма по сравнению с ферромагнетизмом среди магн. диэлектриков. Знак и относит, величину К. о, в. в магн. диэлектриках в зависимости от электронной конфигурации магн. иона, симметрии кристаллич. окружения и угла между направлениями от лиганда на магн. ионы позволяют определить полуэмпирич. правила Гуденафа ≈ Канамори [3, 5]. Осуществлены также расч╦ты обменных взаимодействий в кристаллах с уч╦том реальной электронной структуры в рамках метода функционала локальной спиновой плотности [6].
Уч╦т эффектов спин-орбитального взаимодействия в магн. диэлектриках с низкой симметрией кристаллич. решетки да╦т антисимметричный по спиновым операторам вклад в К. о. в. Этот вклад описывается гамильтонианом $f = I>ij[StSj\j характеризующим т.п. об-менное взаимодействие Д з я л о ш и н-с к о г о ≈ М о р и я. Оно было введено И. Е. Дзя-лошинским в 1957 из феноменологич. соображений и получено в рамках микроскопич, теории Т. Мория (Т. Moriya) в 1960 [4]. Взаимодействие Дзялошин-ского≈Мория ответственно за явление слабого ферромагнетизма в нек-рых антиферромагнитных диэлектриках (напр., a-Fe203) [1).
К, о, в, через электроны проводимости было предсказано М. Рудерманом и Ч. Киттелем (М. Ruderman, Ch. Kittel) в 1954 для ядерных спинов в металлах. Оно появляется во втором порядке теории возмущений DO постоянной сверхтонкого взаимодействия и отличается дальнодействующим осциллирующим характером снадания с расстоянием Д/у:
Jij ~ cos (2kFRtr)/R*ij (при 2Ы?;/>1). Здесь fop ≈ фермиевский волновой вектор электронов проводимости. Такое поведение является следствием существования скачка электронной ф-ции распределения на ферма-поверхности. Теория К. о. в. между магн. моментами локализованных электронов через электроны проводимости была предложена Т. Касуя (Т. Kasuya), К. Иосида (К. Yoshida) и др. в 1950 на основе s≈d (/)-обменной Шубина ≈ Вонсовского модели (т. и. взаимодействие Рудермана ≈ Киттеля ≈ Ка-
суя ≈ Иоспды, или Р К Я И -обменное взаимодействие). Его характерная величина ~/2/#F» где / ≈ s≈ d{/)-обменный интеграл, §р ≈ ферми-энергия электронов проводимости, а зависимость от Д,у такая же, как для случая ядерных спинов. РКНИ-взаимодействие играет определяющую роль в магнетизме редкоземельных магнетиков, а также разбавленных твердых растворов магн. ионов в немагнитной металлич. матрице типа Си ≈ Мп (см. Спиновое стекло).
Для магн. металлов группы железа и большинства их сплавов справедлива скорее картина магнетизма коллективизированных электронов, однако там, где можно говорить о наличии достаточно хорошо определ╦нных локализованных магн. моментов (напр.т по-видимому, в o-Fe), взаимодействие между ними подобно РККИ-взаимодействию, т, е. является осциллирующим и дальнодействующим. Это подтверждается прямыми расчетами обменных параметров на основе зонной теории магнетизма.
Заметно отличается от РККИ-взапмодействпя К. о. в. В магнитных полупроводниках (легированные ЕиО, CdO2Se4 и др.), а также в магнетиках с узкими зонами (напр., Lai_,tCaA-Mn03). В этом случае теория возмущений по параметру I / \/£р неприменима и К, о. в. имеет существенно негейзепбврговский вид. Наличие в магнетике небольшого числа свободных электронов всегда способствует ферромагнитному упорядочению локализованных магн. моментов, прич╦м выигрыш в энергии для системы упорядоченных моментов пропорционален произведению концентрации электронов проводимости (или дырок в почти заполненной зоне) на энергию переноса [теория «двойного обмена», К. Зинер (С. Zener), 19511.
Лит.: 1) В о н С о и с к и й С. В., Магнетизм, М.. 1071; 2> Anderson P. W., Exchange in insulators, Superexcli:inger direct exchange and double exchange, в кн.: Magnetism, v. 1, N. Y.≈ L.( 1963; 3) К a n a m о г i J., Aniaotropy and magnetostriction of ferromagnetic and antiferroraagnetic materials, там же; 4) Moriya T,, Weak ferromagnetism, там же; 5) Гуденаф Д., Магнетизм и химическая, связь, пер. с англ., М., 1968; 6) Губанов В. А., Лихтенштейн А. И., Постников А. В., Магнетизм и химическая спнзь в кристаллах, М,, 1085. М. If, Кацнелъсон.
КОСМИЧЕСКАЯ ПЛАЗМА ≈ плазма в космич. пространстве и космич. объектах. К. п. условие можно разделить по предметам исследований: околоплаист-на.я, межпланетная плазма, плазма зв╦зд и зв╦здных атмосфер, плазма квазаров и галактич. ядер, межзв╦здная и межгалактич. плазма. Указанные типы К. п. различаются своими параметрами (ср. плотностями к, ср. энергиями частиц и т. п.), а также состояниями: термодинамически равновесными, частично или полностью неравновесными.
Межпланетная К. п. Состояние околопланетной плазмы, а также структура занимаемого ею пространства зависят от наличия собственного магн. поля у планеты и е╦ удал╦нности от Солнца. Магн. поле планеты существенно увеличивает область удержания околопланетной плазмы, образуя естественные магнитные ловушки. Поэтому область удержания околопланстной плазмы является неоднородной. Большую роль в формирований околопланетной плазмы играют потоки солнечной плазмы, двигающиеся практически ради-алъно от Солнца (т. н. солнечный ветер), плотности к-рых падают с расстоянием от Солнца. Непосредственные измерения плотности частиц солнечного ветра вблизи Земли с помощью космич. аппаратов дают значения п~(1 ≈ 10) см~3. Плазма околоземного космич, пространства обычно разделяется на плазму имеющую плотность п до ~105 см"3 на 350 км, плазму радиационных поясов Земли см~3) и магнитосферы Земли; вплоть до неск. радиусов Земли простирается т. н. плазмосфера, плотность к-рой п-^102 см~3.
Особенность плазмы верх, ионосферы, радиац. поясов и магнитосферы в том, что она является б е с-столкновительыой, т. е. пространственно-
высотах
и
ш
U
О
469
