РККИ-обменное взаимодействие

РККИ-обменное взаимодействие (взаимодействие Рудермана (франц.) — Киттеля — Касуя — Иосиды) — косвенное обменное взаимодействие между магнитными ионами, осуществляемое через коллективизированные электроны проводимости.

Это обменное взаимодействие возникает в металлах и полупроводниках, где коллективизированные электроны выступают посредниками обменного взаимодействия ионов, обладающих локализованными противоположно направленными спинами, частично заполненных d и f оболочек. Электроны проводимости взаимодействуют с эффективным магнитным полем i-го узла кристаллической решётки и приобретают некую спиновую поляризацию. При прохождении следующего узла решётки, релаксация магнитных моментов электрона и узла вызовет обоюдные изменения как спиновой поляризации, так и спина узла решётки.

Описать его можно с помощью представления, что электроны проводимости движутся в эффективном поле, создаваемом локализованным магнитным моментом одного узла.

Энергию взаимодействия между спинами S в i-м и j-м узлах магнитной подрешётки записывают как

$E_{ij} = \frac{J^2}{\mu_0(g\mu_B)^2}\mathbf S_i\mathbf S_j\chi_{ij}$,

где J — константа обмена, g — фактор Ланде, $\mu_B$ — магнетон Бора, $\mu_0$ — магнитная постоянная, $\chi_{ij}$ — обобщённая магнитная восприимчивость. Для свободных электронов последнюю можно представить как

$\chi_{ij} = \frac{(x \cos x - \sin x)}{x^4}$,

при условии, что $x=2\mathbf k_F\mathbf R_{ij} \gg 1$. Здесь $k_F$ — волновой вектор на уровне Ферми, $R_{ij}$ — расстояние. Поэтому энергия взаимодействия имеет знакопеременный осциллирующий характер как функция от расстояния между взаимодействующими ионами. Знакопеременность энергии взаимодействия приводит к тому, что в зависимости от расстояния между ионами материал будет проявлять ферромагнитные свойства если энергию минимизирует сонаправленность спинов, или антиферромагнитные в противоположном случае. Это применяется в спиновых клапанах на основе гигантского и туннельного магнетосопротивления.

Литература

• Stöhr, J. and Siegmann, H. C. Magnetism: From Fundamentals to Nanoscale Dynamics. — Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2006. — P. 290—293. — 821 p. — ISBN 978-3540302827
• de Lacheisserie É., Gignoux D., Schlenker M. Magnetism: Fundamentals. — Springer, 2005. — Vol. 1. — P. 315—317. — 507 p. — (Magnetism). — ISBN 9780387229676