磁振子 是晶格中電子自旋 結構集體激發 的準粒子 。在量子力學的等效波圖中,磁振子可以被看作是量化 的自旋波 ,也就是磁性 有序體 的動態本徵激發 。磁振子攜帶著固定量的能量 和晶格動量 ,是自旋1的準粒子,並且服從玻色子的行為。
歷史背景
為了解釋在鐵磁體 中自發磁化 的減少,磁振子的概念在1930年由費利克斯·布洛赫 (Felix Bloch)引入。在絕對零度 溫度下,海森堡鐵磁體 達到最低能量的狀態,其中所有原子自旋指向相同的方向,因此磁矩 也指向相同的方向。隨著溫度升高,越來越多的自旋從原先對準的方向中隨機偏離,使內部能量增加並減小淨磁化強度。如果將零溫度下的完全磁化狀態視為鐵磁體的真空狀態 ,則具有少量不對準自旋的低溫狀態可以被視為磁振子的氣體。每個磁振子使沿著磁化方向的總自旋減小ħ,並使該方向的磁化強度減小γħ,其中γ是旋磁比 。這造成了自發磁化與溫度相關的布洛赫定律:
M
(
T
)
=
M
0
(
1
− − -->
(
T
/
T
C
)
3
/
2
)
{\displaystyle M(T)=M_{0}(1-(T/T_{C})^{3/2})}
磁振子的定量理論,也就是量化自旋波,由西奧多·霍爾斯坦 (Theodore Holstein),亨利·普里馬科夫 (Henry Primakoff)和弗里曼·戴森 (Freeman Dyson)做了進一步開發。使用正則量子化 方法,他們發現磁振子的表現像有微弱相互作用的準粒子並遵守玻色–愛因斯坦統計 ,就像玻色子一樣。 相關的綜合探討可以在查爾斯·基泰爾 (Charles Kittel)的基礎固態物理學教科書或Van Kranendonk和約翰·凡扶累克 (J. H. VAN VLECK)的早期綜述文章[ 1] 中找到。
在1957年伯特倫·布羅克豪斯 通過在鐵氧體 中的非彈性中子散射 直接測得磁振子。 從那時起,在鐵磁體 ,亞鐵磁體 和反鐵磁體 中也都檢測到了磁振子。
磁振子遵守玻色–愛因斯坦統計 的事實在20世紀60年代到80年代期間進行的光散射實驗得到證實。古典理論預測斯托克斯線 和反斯托克斯線的強度相等。然而,散射實驗結果顯示,如果磁能能量相近於或小於熱能,或
ℏ ℏ -->
ω ω -->
<
k
B
T
{\displaystyle \hbar \omega <k_{B}T}
,則斯托克斯線變得比反斯托克斯線更強烈,和從玻色–愛因斯坦統計中計算出來的結果吻合。1999年東京工業大學 的二国徹郎等人在低溫的反鐵磁物質中證明了磁振子的玻色–愛因斯坦凝聚 [ 2] ,而2006年3月明斯特大學 應用物理研究所的S. O. Demokritov等人則是在室溫的鐵氧體 中證明了磁振子的玻色–愛因斯坦凝聚[ 3] 。2013年8月內藤忠一等人報導了通過表面電漿共振 可產生自旋電流[ 4] 。
特性
磁振子的行為可以透過各種散射 技術來研究。 磁振子的行為就如同沒有化學勢的玻色氣體 。微波泵浦可用來激發自旋波並產生額外的非平衡磁振子,非平衡磁振子熱化後會形成聲子 。磁振子在臨界密度下會形成冷凝物 ,並發射單色的微波。這種微波源的狀態可以由改變外加磁場強度來調整。
參閱
註釋
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參考文獻
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