RKKY Interaktion - RKKY interaction

RKKY steht für Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida. Es bezieht sich auf einen Kopplungsmechanismus von magnetischen Kernmomenten oder lokalisierten inneren D- oder F-Schalen-Elektronenspins in einem Metall mittels einer Wechselwirkung durch die Leitungselektronen.

Die RKKY-Wechselwirkung wurde ursprünglich von Malvin Ruderman und Charles Kittel von der University of California in Berkeley vorgeschlagen , um ungewöhnlich breite Kernspinresonanzlinien zu erklären , die in natürlichem metallischem Silber beobachtet wurden. Die Theorie verwendet eine Störungstheorie zweiter Ordnung , um eine indirekte Austauschkopplung zu beschreiben, bei der der Kernspin eines Atoms durch die Hyperfeinwechselwirkung mit einem Leitungselektronen interagiert und dieses Leitungselektron dann mit einem anderen Kernspin interagiert, wodurch eine Korrelationsenergie zwischen beiden erzeugt wird Nukleare Spins. (Alternativ können Kernspins anstelle von Kernspins, die über die Hyperfeinwechselwirkung an Leitungsspins gekoppelt werden, über die Austauschwechselwirkung an Leitungsspins gekoppelt werden .) Die Theorie basiert auf Bloch-Wellenfunktionen und ist daher nur auf kristalline Systeme anwendbar. Die abgeleitete Austauschinteraktion hat die folgende Form:

${\ displaystyle H (\ mathbf {R} _ {ij}) = {\ frac {\ mathbf {I} _ {i} \ cdot \ mathbf {I} _ {j}} {4}} {\ frac {\ links | \ Delta _ {k_ {m} k_ {m}} \ rechts | ^ {2} m ^ {*}} {(2 \ pi) ^ {3} R_ {ij} ^ {4} \ hbar ^ { 2}}} \ left [2k_ {m} R_ {ij} \ cos (2k_ {m} R_ {ij}) - \ sin (2k_ {m} R_ {ij}) \ right],}$

wobei H die repräsentiert Hamilton - Operator , der Abstand zwischen den Kernen ist i und j , ist die Kernspin von Atom i , ist ein Matrix - Element , das die Festigkeit der Hyperfeinwechselwirkung darstellt, ist die effektive Masse der Elektronen in dem Kristall, und ist der Fermi-Schwung . ${\ displaystyle R_ {ij}}$${\ displaystyle \ mathbf {I} _ {i}}$${\ displaystyle \ Delta _ {k_ {m} k_ {m}}}$${\ displaystyle m ^ {*}}$${\ displaystyle k_ {m}}$

Tadao Kasuya von der Nagoya University schlug später vor, dass eine ähnliche indirekte Austauschkopplung auf lokalisierte innere D-Elektronenspins angewendet werden könnte, die durch Leitungselektronen interagieren. Diese Theorie wurde von Kei Yosida von der UC Berkeley vollständiger erweitert, um einen Hamilton-Operator zu erhalten, der (d-Elektronenspin) - (d-Elektronenspin), (Kernspin) - (Kernspin) und (d-Elektronenspin) beschreibt ) - (Kernspin) Wechselwirkungen. JH Van Vleck hat einige Feinheiten der Theorie geklärt, insbesondere die Beziehung zwischen den Störungsbeiträgen erster und zweiter Ordnung.

Die vielleicht bedeutendste Anwendung der RKKY-Theorie war die Theorie des Riesenmagnetowiderstands (GMR). GMR wurde entdeckt, als festgestellt wurde, dass die Kopplung zwischen dünnen Schichten magnetischer Materialien, die durch ein nichtmagnetisches Abstandsmaterial getrennt sind, als Funktion des Abstands zwischen den Schichten zwischen ferromagnetisch und antiferromagnetisch oszilliert. Diese ferromagnetische / antiferromagnetische Schwingung ist eine Vorhersage der RKKY-Theorie.

Verweise

Weiterführende Literatur

• Blandin, A.; Friedel, J. (1959). "Propriétés magnétiques des alliages dilués. Wechselwirkungen magnétiques et antiferromagnétisme dans les alliages du type métal noble-métal de Transition" . Journal de Physique et le Radium . 20 (2–3): 160. doi : 10.1051 / jphysrad: 01959002002-3016000 .