RKKY interaktion

RKKY står för Ruderman–Kittel–Kasuya–Yosida. Det hänvisar till en kopplingsmekanism av kärnmagnetiska moment eller lokaliserade inre d- eller f-skalelektronspinn i en metall med hjälp av en interaktion genom ledningselektronerna .

RKKY-interaktionen föreslogs ursprungligen av Malvin Ruderman och Charles Kittel från University of California, Berkeley , som ett sätt att förklara ovanligt breda kärnspinnresonanslinjer som hade observerats i naturligt metalliskt silver. Teorin använder andra ordningens störningsteori för att beskriva en indirekt utbyteskoppling där kärnspinnet hos en atom interagerar med en ledningselektron genom den hyperfina interaktionen , och denna ledningselektron interagerar sedan med ett annat kärnspin, vilket skapar en korrelationsenergi mellan de två kärnkraftssnurr. (Alternativt, istället för att kärnspinn kopplas till ledningsspin genom den hyperfina interaktionen, är ett annat scenario att inre elektronspin kopplas till ledningsspin genom utbytesinteraktionen.) Teorin är baserad på Bloch-vågfunktioner och är därför endast tillämplig på kristallina system. Den härledda utbytesinteraktionen har följande form:

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

där H representerar Hamiltonian , $R_{ij}$ är avståndet mellan kärnorna i och j , $\mathbf {I} _{i}$ är kärnspinnet för atomen i , $\Delta _{k_{m}k_{m}}$ är ett matriselement som representerar styrkan av den hyperfina interaktionen, $m^{*}$ är den effektiva massan av elektronerna i kristallen, och $k_{m}$ är Fermi-momentet .

Tadao Kasuya från Nagoya University föreslog senare att en liknande indirekt utbyteskoppling skulle kunna tillämpas på lokaliserade inre d-elektronspin som interagerar genom ledningselektroner. Denna teori utökades mer fullständigt av Kei Yosida från UC Berkeley, för att ge en Hamiltonian som beskriver (d-elektronspin)–(d-elektronspin), (kärnspin)–(kärnspin) och (d-elektronspin). )–(kärnspinn) interaktioner. JH Van Vleck klargjorde några subtiliteter i teorin, särskilt förhållandet mellan första och andra ordningens störande bidrag.

Den kanske viktigaste tillämpningen av RKKY-teorin har varit teorin om jättemagnetoresistans (GMR). GMR upptäcktes när kopplingen mellan tunna lager av magnetiskt material separerade av ett icke-magnetiskt distansmaterial visade sig svänga mellan ferromagnetiskt och antiferromagnetiskt som en funktion av avståndet mellan lagren. Denna ferromagnetiska/antiferromagnetiska oscillation är en förutsägelse av RKKY-teorin.

Vidare läsning

• Blandin, A.; Friedel, J. (1959). "Propriétés magnétiques des alliages dilués. Interactions 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 .