Модель Стонера. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Модель Стонера - простейшая модель, описывающая возникновение ферромагн. упорядочения в переходных металлах, их сплавах и соединениях в рамках зонного магнетизма. С. м. представляет систему коллективизиров. электронов металлич. магнетика в виде идеального газа блоховских электронов (предполагается, что стационарные состояния этих систем совпадают). Эфф. гамильтониан этой системы

, где

- энергия электрона в одно-частичном приближении,

(

- (оператор рождения (уничтожения) электрона с импульсом k, значения

соответствуют направлениям магн. момента вдоль (+) и против (-) намагниченности (ось Oz). В отличие от немагн. металлов, энергия учитывает межэлектронное обменное взаимодействие

и в С. м. записывается в виде [1-3]:

Здесь t(k) - закон дисперсии невзаимодействующих электронов. Расщепление зоны электронов определяется величиной

(рис.), Н - напряжённость магн. поля,

- относит. намагниченность, М(Н, Т) - намагниченность системы, содержащей N атомов и п коллективизиров. электронов на каждый атом,

- магнетон Бора,

- энергетич. параметр взаимодействия, U - параметр обменного взаимодействия между электронами с противоположно направленными спинами.

Обменное расщепление подзон с направлением магнитного момента вдоль (+) и против (-) намагниченности: и - парамагнетизм; б - раздвижка подзон, возникшая из-за обменного взаимодействия (случай слабого зонного магнетизма). В результате верхний уровень подзоны (-) оказался выше первоначального значения ц на величину, а верхний уровень подзоны (+) - ниже на При установлении равновесного состояния из подзоны (-) в подзону (+) перейдёт около электронов на атом; в - равновесное состояние в случае слабого зонного магнетизма; г - равновесное состояние в случае сильного зонного магнетизма.

В рамках С. м. феноменологич. описание обменного взаимодействия электронов с противоположно направленными спинами может быть учтено с помощью введения аналога молекулярного поля Вейса, определяемого величиной

, не зависящей от импульса электрона fe. Вклад от взаимодействия электронов с параллельными спинами не зависит от k и

и может быть учтён сдвигом начала отсчёта энергии на пост. величину. В С. м. энергия межэлектронного взаимодействия зависит только от z-компоненты полного спина, что делает модель неинвариантной относительно вращений. В рамках микроскопич. описания С. м. можно рассматривать как среднего поля приближение для Хаббарда модели.

Полное число коллективизиров. электронов nN и намагниченность

в С. м. определяются самосогласованно:

Здесь

- плотность электронных состояний,

- энергия,

- хим. потенциал. Для упрощения расчётов

обычно аппроксимируется простой функцией, не зависящей от температуры и концентрации электронов [2-4]. В зависимости от заполненности подзон с противоположными направлениями магн. моментов электронов различают сильный и слабый зонный магнетизм (рис.). В случае слабого зонного ферромагнетизма спонтанная намагниченность мала и, воспользовавшись разложением входящих в выражения (3) и (4) функций в ряд по степеням малых параметров

(здесь

- ферми-энергия ,при T = 0 хим. потенциал

), легко можно получить значение температуры Кюри Т_C (см. Кюри точка), определяемой в С. м. как темп-pa, при к-рой дифференц. магн. восприимчивость в нулевом внеш. поле испытывает расходимость. При Т = 0 ферромагн. состояние будет существовать только тогда, когда выполняется Стонера критерий ферромагнетизма: . В этом случае легко рассчитывается температурная зависимость магн. восприимчивости и спонтанной намагниченности М(Т), к-рая вблизи Т_с даёт критич. показатель

, совпадающий с результатами квантовой теории фазовых переходов 2-го рода. Полученные в рамках этого разложения графики зависимости М²от М/Н (графики Аррота - Белова - Нокса) представляют собой прямые линии, причём при Т = Т_C прямая проходит через начало координат. Предсказанная моделью зависимость М(Т)была впервые получена экспериментально для ферромагнетика ZrZn₂, что послужило аргументом в пользу существования ферромагнетиков с коллективизиров. носителями магн. момента.

С. м. достаточно хорошо аппроксимирует свойства осн. состояния зонных магнетиков. В отличие от Гейзенберга модели, С. м. позволяет получить дробные значения магн. моментов (в единицах h_B на атом), наблюдаемые в Fe, Ni, Co. Однако при конечных темп-pax в С. м. обнаруживается много несоответствий с результатами эксперим. исследований зонных магнетиков. Значения Т_C, рассчитанные для металлов группы Fe, оказываются сильно завышенными. Экспериментально не подтверждается тот факт, что обменное расщепление зоны пропорционально намагниченности (2). Существ. недостатком модели является то, что при Т > Т_C магн. восприимчивость не подчиняется Кюри - Вейса закону .С. м. также не может объяснить антиферромагнетизм ,металлов группы Fe, таких, как Мп, Сг. Наблюдаемые при Т> Т_C спин-флуктуац. возбуждения также, естественно, не воспроизводятся в этой простой модели, но могут быть объяснены в спин-флуктуац. теории магнетизма [6] (см. Спиновые флуктуации).

Литература по модели Стонера

А. В. Ведяев, А. Б. Грановский, О. А. Котельникова

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.