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, что, когда некоторые исследователи, пытающиеся примирить релятивизм и эфирную физику, говорят, например, о том, что космос состоит на 70% из "физического вакуума", а на 30% - из вещества и поля, то они впадают в фундаментальное логическое противоречие. Это противоречие заключается в следующем.

Вещество и поле не есть что-то отдельное от эфира, также как и человеческое тело не есть что-то отдельное от атомов и молекул его составляющих. Оно и есть эти атомы и молекулы, собранные в определенном порядке. Также и вещество не есть что-то отдельное от элементарных частиц, а оно состоит из них как базовой материи. Также и элементарные частицы состоят из частиц эфира как базовой материи нижнего уровня. Таким образом, всё, что есть во вселенной - это есть эфир. Эфира 100%. Из него состоят элементарные частицы, а из них всё остальное. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.