33. Обменное взаимодействие.
Причина магнитного упорядовачиния связана с кулоновским взаимодействием электронов.Которое зависит от спина.Когда мы рассматриваем основные приближения зонной теории то при описании метода Х-фии мы установили что имеется 2 компонента-прямое взаимодействие(плотность-плотность)и обменное взаимодействие где фигур плотности.
Тогда
запишем Гамильтониан
Если Гамильтониан явно не зав. от спина то волн. ф-ю можем предст. в виде произведения спиновой и координ. частей. Если спины анти паралл. то спиновые части антисиметр., а координ. симетр. –триплетное сост.
33-1
34. Магнитоэлектроника. Магнитные домены и доменные границы. Магниторезистивный эффект. Магнитные элементы памяти.
Возникновение
доменов связывают со стремлением системы
уменьшить энергию магнитных полей,
возникающую, если на поверхности образца
имеется отличная от нуля компонента
вектора намагничености
поле замыкается вблизи поверхности, если min энергией обладает стенка Блоха.
В ней при переходе
от одного домена к др. намагнченость
поворачивается в плоскости стенки
в области стенки в образце конечных
размеров, что приводит к ......энергии
Стенка Несли(рисунок
справа) остается в плоскости
Существуют разные дефекты в стенках. Их возникновение м.б. из-за возникновения зарядов на поверхности(скручивание стенки)
---линии Блоха(линии, которые разделяют 2 части стенки с разными направлениями вращения) Топологический дефект-нельзя устранить непрерывными изменениями магнитного момента
--- Блох линию можно скрутить; граница двух блох линий с разной ориентацией-блоховская точка
---цилиндрический магнитный домен(ЦМД), пленки, вырезанная перпендикулярно линии(оси) легкого намагничивания
Пленка разобъется на домены.
..... поле по оси
легкого намагничивания, существует
некий интервал полей
,
внутри которого домены, намагниченость
которых направлена против поля, имеют
строго цилиндрическое поле
-электическое
поле, домен становится электическим
-домен
исчезает
Ячейки памяти:
предложения об использовании ЦМД, ВБЛ(вертикальная блох линия), блох точек качестве носителей информации в силу низкого быстродествия не получили широкого распространения. Основн магн. элемент памяти-элемент считывания информации на основе ГМР(......магнитно-резестивных) характеристик позволяет увеличить емкость винчестера до трех порядков
ГМС(гис-магн сопротивление)
расмотрим 2 магнит пленочки(намагниченость мб паралельна или антипаралельна)
34-1
35 Сверхпроводимость: бозе-конденсация и сверхтекучесть, идеальная проводимость и эффект Мейсснера.
С
верхпроподимость
открыта в 1911 году Каерлингом-Онесом(он
научился сжимать Не)
впервые открыта
для Ртути:
=4,15
К
(скачком)
=23
К
=9,25
К
=5,4
К
В 1987 Беднорц и Мюллер в соединениях:
=34К-слоистые
пироциты
(
играет
роль легирующей добавки)
магнитный п/п
Далее
=92,4
К
=133
К
помимо
еще в 1933 г Мейснером и Оконфейдом было
установлено, что в сверхпроводнике (СП)
следует
;
- идеальный ферромагнетик
Если
,
то магнитное поле выталкивается
свободная энергия в поле=свободная энергия вне поля+энергия поля
Е
сли
H
увеличивается, то
стремится к
и
при некотором значении He
может стать Me.
существует два типа СП
переход происходит скачком.
второго рода
поле проникает в
образец
,
нижн и верхн критч магнитн поля
Если же рассматривать
сферу, то из-за сгущения силовых линий
на экваторе образец переходит в
промежуточное состояние(чередование
нормальных и СП доменов на границе
)
В СП второго рода
при
магнитное поле проникает в образец в
виде вихрей Абрикосова
35-1
36. Сверхпроводники I и II рода: промежуточное и смешанное состояние. Две характерные длины сверхпроводников и поверхностная энергия границы фаз.
36-1
Сверхпроводники I рода.
Отсюда: B=0 ,
- эффект Мейсмера.
Сверхпроводники II рода.
От 0 до
- сверхпроводниковое состояние
От
до
- вихревое состояние
От
- нормальное состояние.
- нижнее критическое
поле;
- верхнее критическое поле
37. Теория Гинзбурга-Ландау. Квантование магнитного потока в сверхпроводниках.
Будем описывать теорией фазовых переходов II рода. Вопрос состоит в том, чтобы выбрать в качестве параметра порядка.
Гинзбург и Ландау
в качестве параметра порядка предложили
взять
-функцию
макроскопическую волновую функцию
конденсированного сверхпроводящего
состояния.
заменим
,
- плотность куперовских пар (сверхпроводящих
электронов)
- масса куперовской
пары
- заряд куперовской
пары.
,
здесь 2 параметра (модуль и фаза)
,
Квантование потока.
В сверхпроводнике имеет место эффект Мейсснера:
к
онтур
с
с
верxпроводник
H
d
.
В сверхпроводнике
по определению
и
- полный поток
(поток внутри
сверхпроводника квантуется)
- квантование
потока.
В замкнутом сверхпроводниковом контуре поток квантуется.
Две характерные длины и два типа сверхпроводников.
Характерный размер
куперовской пары:
- корреляционная длина.
37-1
38. Стационарный и нестационарный эффекты Джозефсона.
Существует два эффекта – стационарный и нестационарный.
Стационарный.
1 – сверхпроводник
2 – сверхпроводник
3 – диэлектрик
это туннельный контакт
3
1 2
,
,
- постоянный
бездиссипативный ток.
Нестационарный.
Если подать на
переход конечное напряжение
,
то этот переход становится источником
электромагнитных волн с частотой
.
- возникает из
калибровочных преобразований.
-
- - - -
V
- - - - -
(*) Ток
сверхпроводящих электронных пар через
переход зависит от разности фаз, ток
является максимальным значением тока
при нулевом внешнем напряжении, который
может течь через переход.
38-1
0
0
фазовый переход
2-ого рода. В энергетическом спектре
элементарных возбуждений имеется щель
– какая-то фиксированная величина.
Переход в сверхпроводниковое состояние
при H=0 – фазовый переход II-ого рода.
Переход при
из
сверхпроводникового состояния в
нормальное – фазовый переход I-ого рода.
Структура сверхпроводникового состояния в магнитном поле.
Рассмотрим шар.
На экваторе может быть
(из-за сгущения силовых линий.)
Сверх проводники
I рода переходят в промежуточное состояние
( смесь сверхпроводниковых и нормальных
областей). При этом энергия границы
сверхпроводниковой и нормальных фаз
положительна. В сверхпроводниках II рода
наоборот
,
поэтому поле начинает проникать в
сверхпроводник в виде вихревых нитей
(вихри Абрикосова).
36-2
35-2
Число нитей
,
нити образуют прямоугольную решетку
вокруг нити текут
магнитные потоки а внутри е пронизывает
магнитное поле
-квантование
магнитного потока
при больших Н нити
сливаются и следовательно образец
переходит в нормальное состояние.
,
но при пропускании токи по СП второго
рода, движение вихрей приводит к
дислокации, чтобы сохранить СП свойства
водят примеси, вихри осаждаются на
примеси
-плотность
энергии на ед поверхности
для СП первого
рода
>0,
для вторго рода
<0
Эффект Мейснера
и
(идеальной
проводник) это не зависимые свойства
(из одного не следует другое)
1
пункт----- при T=const,
пр котор
,
причем T<
Включ. поле
,
возник сила Ленца при этом
2 пункт---- далее
Т1>
,
теперь T<
,
Существено что диамагнетики во внеш магнитных полях обладают механич устойчивостью, те СП мб подвешен
(заштрихованный
шарик)(диамагнетик min
поле)
левитация
а парамагнетик «приклеится» к полюсу max поля
Нити дробятся до
тех пор пока значение не станет рано
кванту
после
этого проводимость теряется
Сверхпроводимость-сверхтекучесть заряженного газа
Сверхтекучесть-протекание жидкости по капилярным каналам без трения
известно что сверхтекучесть связана с Бозе-конденсацией – выпадение макроскопического числа частиц на низший энергетический уровень
растет и при
некоторой темпратуре T=
,
подвижность равна нулю. (исходя из
выражения в знаменателе) выпадение на
уровень с энергией
=0
макроскопических частиц. Если частицы
отталкиваются друг от друга то это и
будет сверхтекучесть
не зависимо от
механизма токопрохождения
-
для
механизм магнитосопротивления следующий
сечение образца эффективно большое e движутся кажд в своем слое
-
для
скорость тунелирования меньше так как спин не меняется при тунелировании.
Пленки делают из разных металлов
первый из
магнитожесткого материала
велика
в
торой
из магнитомягкого материала
мало
информация с головки считывается электичесим образом
RAM: «+»энергонезависимая память пытаются создать на эффекте МГС (назыв MRAM) ориентация и считывние происходит электрческимобразом состояния с низким сопротивлеием – лог 1, с высоким сопротивлеием лог-0
«считывание»-измерение сопротивления образца
«запись»- пропускание электричесого тока
память состоит из сетки шин , а сами элементы памяти находятся в узлах сетки.
34-2
33-2
0
0
38-2
Вблизи температуры
перехода
характерный масштаб измерения
;
- характеризует
данный сверхпроводник.
1)
.
Сверхпроводник II-ого рода.
переход в
сверхпроводнике – состояние энергетически
выгодно.
Проникновение поля в сверхпроводник выигрыш в энергии.
2)
сверхпроводник I
рода.
37-2