FIZYKA CIAŁA STAŁEGO: CZ

FIZYKA CIAŁA STAŁEGO: CZ. II – MAGNETYZM I NADPRZEWODNICTWO
(wykład rekomendowany dla doktorantów 1. i 2. roku Studiów Doktoranckich IF PAN)
dr hab. Andrzej Szewczyk, środy sala 304, godz. 15:00 – 17:00
pierwszy wykład: 18.02.2009 ;
ostatni wykład: 3.06.2009
Program wykładu (czcionką wytłuszczoną zaznaczone są te zagadnienia, których znajomość –
przynajmniej elementarna – będzie absolutnie niezbędna do zdania egzaminu)
I.
MAGNETYZM
1. WPROWADZENIE
-
-
Materiały magnetyczne w naszym otoczeniu
Podstawowe pojęcia w ujęciu klasycznym i kwantowym
„Pochodzenie” momentów magnetycznych (orbitalny, spinowy, jądrowy
moment magnetyczny)
Położenie „pierwiastków magnetycznych” w układzie okresowym
Podstawowe układy jednostek (CGS Gaussa i SI)
Równania Maxwella
2. MOMENTY MAGNETYCZNE ZLOKALIZOWANE (na jonach, molekułach, ...)
a. Atom w polu magnetycznym
b. Termodynamiczny schemat obliczania parametrów: suma statystyczna
-> energia swobodna -> odpowiednia pochodna energii swobodnej
c. Momenty nieoddziałujące ze sobą:
- Indukowane przez pole magnetyczne – DIAMAGNETYZM
- Moment magnetyczny swobodnych jonów/atomów – reguły Hunda
- Wpływ otoczenia na spontaniczne momenty atomowe
 pole krystaliczne
 efekt Jahna-Tellera
 różnica pomiędzy magnetyzmem pierwiastków 3d i 4f
- PARAMAGNETYZM – prawo Curie
d. Momenty sprzężone ze sobą
- Mechanizmy sprzężenia:
 oddziaływanie magnetyczne dipolowe – słabe, długozasięgowe
 wymiana (efekt oddziaływań elektrostatycznych i zakazu Pauliego)
– silne, krótkozasięgowe:
o wymiana bezpośrednia
o wymiana pośrednia:
- nadwymiana - przekrywanie się orbitali jonów
magnetycznych z orbitalami znajdującego się między nimi
jonu niemagnetycznego
- wymiana podwójna – przeskok elektronu z jonu
magnetycznego, poprzez jon niemagnetyczny, na następny
jon magnetyczny
- RKKY – za pośrednictwem elektronów przewodnictwa
o oddziaływanie Dzialoshinskiego-Morii
- Podstawowe modele układu sprzężonych momentów magnetycznych (model
Isinga model Heisenberga, model XY)
- Ferromagnetyzm – pole molekularne, prawo Curie-Weissa
- Antyferromagnetyzm
- Ferrimagnetyzm
- Superparamagnetyzm
- Uporządkowania złożone – helikoidalne, szkła spinowe itd.
- Fale spinowe (magnony)
- Opis magnetyków w przybliżeniu ośrodka ciągłego:
 równania Maxwella
 pole odmagnesowania
 anizotropia
 magnetostrykcja
 struktura domenowa
 procesy magnesowania – histereza, magnetostrykcja
- Przemiany fazowe i zjawiska krytyczne
 potencjały termodynamiczne i ich różniczki zupełne
 klasyfikacja (stara – Ehrenfesta i współczesna)
 teoria Landaua i Ginzburga-Landaua przejść fazowych
3. MAGNETYZM ZDELOKALIZOWANYCH (prawie swobodnych)
ELEKTRONÓW
a. Paramagnetyzm Pauliego
b. Ferromagnetyzm pasmowy – kryterium Stonera
c. Diamagnetyzm Landaua
4. UKŁADY O ZLOKALIZOWANYCH MOMENTACH MAGNETYCZNYCH
SPRZĘŻONYCH ZA POŚREDNICTWEM ZDELOKALIZOWANYCH
(pasmowych) ELEKTRONÓW
a. Efekt Kondo
b. Sprzężenie RKKY
5. UKŁADY O SILNIE SKORELOWANYCH ELEKTRONACH - model Hubbarda
i jego przybliżenia
6. UKŁADY „EGZOTYCZNE”
a. Układy o obniżonej wymiarowości
b. Frustracja
II.
NADPRZEWODNICTWO
1. Podstawowe pojęcia, teoria fenomenologiczna
a. Podstawowe atrybuty stanu nadprzewodzącego (zerowy opór, efekt
Meissnera)
b. Najpopularniejsze rodziny nadprzewodników
c. Model Londonów
d. Nadprzewodniki I i II rodzaju
e. Teoria Ginzburga-Landaua
f. Parametr uporządkowania w teorii Ginzburga-Landaua i jego analogia z
modelem XY magnetyka
2. Elementy teorii BCS, fizyczna interpretacja parametru uporządkowania - funkcji
ψ(x) – Ginzburga-Landaua
3. Kwantowanie strumienia magnetycznego, materia wirów
4. Zjawisko Josephsona i zasada działania SQUID’u
5. Przegląd materiałów wykazujących nadprzewodnictwo.