Einige Grundbegriffe Magnetismus
• Begriffe / Phänomenologie
– Dia- , Para-, Ferro-, Ferri-, Antiferromagnetismus
• Magnetische Ordnung, Austausch-WW
• Magnetismus im Atom, Hundsche Regeln
• Magnetismus im Festkörper
– Bandmagnetismus, Stoner-Kriterium
• Mermin-Wagner-Theorem, Magnetische Anisotropie
• Magnetische Domänen, Bloch-Wand, Néel-Wand
Zur Austauschwechselwirkung
Bsp. H
2-Molekül
Kronmüller in Bergmann/Schaefer, Band 6, Festkörper
Symmetrische Ortswellenfunktion, antisymmetrische Spinwellenfunktion
Ægebundener Zustand Antisymmetrische Ortswellenfunktion,
symmetrische Spinwellenfunktion Ækein gebundener Zustand
Zur Austauschwechselwirkung
Bsp. He-Atom
Mayer-Kuckuk, Atomphysik
0.25eV antisymmetrische Spinkonfiguration symmetrische Spinkonfiguration
0.8eV
Janak, Phys. Re v. B 16, 255 (1977)
Austauschintegral
Zustandsdichte x Austauschintegral Zustandsdichte
Das Stoner-Kriterium I x n(E
F) > 1 ist nur
für die drei ferromagnetischen Elemente Fe, Co und Ni erfüllt.
Zum Stoner-Kriterium
Go ldoni e t al., Phys . Rev. Lett. 82, 3156 (1999)
Magnetische Ordnung an der Rhodium (100) Oberfläche
bcc (110) bcc (100)
Magnetische Momente an der Eisen-Oberfläche
S. Handschuh, Dissertation
Mermin-Wagner-Theorem
Mermin und Wagner, Phys. Rev. Lett. 17, 1133 (1966)
Co Fe
Ni
Magnetische Anisotropie
Honda und Kaya, Sci. Reports Tohoku Univ. 15, 721 (1926), 17, 639 (1928), 17, 1157 (1928)
Kronmüller in Bergmann/Schaefer, Band 6, Festkörper
Zur Deutung der magnetischen Kristallanisotropieals Folge der Spin-Bahn-Wechselwirkung und des anisotropen Kristallfeldes. (a) Änderung der Überlappung der benachbarten Elektronenwolken.
(b) Anisotrope Ladungsverteilung der 4f-Elektronen der Seltenerdmetalle
Bei einer Drehung der über die Austauschenergie gekoppelten Spins üben diese aufgrund der Spin- Bahn-Kopplung ein Drehmoment auf die
Bahnmomente aus, so dass diese eine Drehung erfahren. Dies bewirkt bei einer anisotropen
Elektronenverteilung, wie z.B. bei den d-Elektronen, eine Änderung der Überlappung der
Elektronenwolken benachbarter Atome und damit eine Änderung der gesamten Kristallenergie.
Magnetokristalline Anisotropie
Gradman n et al., App l. Phys. A 39, 101 (1986)
Magnetokristalline vs. Oberflächen-Anisotropie
Beispiel Fe / W(110)
freie En ergie / Volumen
Wechselspiel von Magnetokristalliner und Oberflächenanisotropie:
Für dünne Schichten unterhalb ca. 50ML dominiert der Oberflächenbeitrag entlang der [1-10]-Richtung, für dicke Schichten ist die Magnetisierung wie im Volumen entlang der [100]-Richtung orientiert.
Oberflächenbeitrag Æ[1-10]
Magnetokristalliner Beitrag Æ[100]
Magnetokristalline und Formanisotropie vs. Oberflächen-Anisotropie
Beispiel Fe-Inseln / W(110)
dicke Inseln:
Achse der leichten Magnetisierung entlang [100]
dünne Inseln:
Achse der leichten Magnetisierung
entlang [1-10]
Ferromagnetische Domänen
Ferromagnetische Domänen auf der Oberfläche eines einkristallinen Nickelplättchens. Die Domänengrenzen sind mit Hilfe der Bittertechnik durch magnetisches Pulver sichtbar gemacht. Die Magnetisierungsrichtung innerhalb einer
Domäne wird bestimmt, indem man das Wachsen oder Schrumpfen der Domäne in einem äußeren Magnetfeld beobachtet.
Ch. Kit tel, Fes tkörperphysik
Ferromagnetische Domänen
Magnetooptische Kerr-Effekt-Abbildung der Bereichsstruktur auf der (110)-Ebene eines Ni-Kristalls.
Die rechte Seite zeigt die Bereichsanordnung schematisch.
