ПА́УЛИ ПАРАМАГНЕТИ́ЗМ

ПА́УЛИ ПАРАМАГНЕТИ́ЗМ, спи­но­вый па­ра­маг­не­тизм вы­ро­ж­ден­но­го иде­аль­но­го га­за элек­тро­нов про­во­ди­мо­сти; па­ра­маг­не­тизм кол­лек­ти­ви­зи­ро­ван­ных элек­тро­нов в ме­тал­лах и по­лу­про­вод­ни­ках. Впер­вые экс­пе­ри­мен­таль­но об­на­ру­жен Я. Г. Дорф­ма­ном в 1923 и тео­ре­ти­че­ски объ­яс­нён В. Пау­ли в 1927. П. п. обу­слов­лен спи­но­вым маг­нит­ным мо­мен­том элек­тро­нов $μ_Б$. В от­сут­ст­вие внеш­не­го маг­нит­но­го по­ля на­маг­ни­чен­ность вы­ро­ж­ден­но­го элек­трон­но­го га­за рав­на ну­лю. В ка­ж­дом кван­то­вом со­стоя­нии на­хо­дят­ся два элек­тро­на с разл. про­ек­ция­ми спи­на. Во внеш­нем маг­нит­ном по­ле на­пря­жён­но­стью $\boldsymbol{H}$ маг­нит­ные мо­мен­ты сво­бод­ных элек­тро­нов ори­ен­ти­ру­ют­ся вдоль на­прав­ле­ния по­ля.

Элек­тро­ны в ме­тал­ле яв­ля­ют­ся фер­мио­на­ми и под­чи­ня­ют­ся Фер­ми – Ди­ра­ка ста­ти­сти­ке, по­это­му на­маг­ни­чен­ность сис­те­мы элек­тро­нов рав­на$$m=\frac{1}{2}μ_{Б}\int^{\mathscr{E}_F+μ_{Б}H}_{\mathscr{E}_F-μ_{Б}H}ρ(\mathscr{E})d\mathscr{E} \approx μ^2_БHρ(\mathscr{E}_F),$$где $ρ(\mathscr{E})$ – плот­ность со­стоя­ний элек­тро­нов с энер­ги­ей $\mathscr{E}, \mathscr{E}_F$ – энер­гия Фер­ми, $μ_Б$ – маг­не­тон Бо­ра. В про­стей­шем слу­чае ква­зис­во­бод­ных элек­тро­нов про­во­ди­мо­сти с квад­ра­тич­ным за­ко­ном дис­пер­сии (сфе­рич. по­верх­но­стью Фер­ми) для па­ра­маг­нит­ной вос­при­им­чи­во­сти спра­вед­ли­во вы­ра­же­ние $χ^{эл}_{пм}=3Nμ_Б^2 /2\mathscr{E}_F$, где $N$ – кон­цен­тра­ция элек­тро­нов про­во­ди­мо­сти. Т. о., па­ра­маг­нит­ная вос­при­им­чи­вость сис­тем с кол­лек­ти­ви­зи­ро­ван­ны­ми но­си­те­ля­ми маг­нит­ных мо­мен­тов не за­ви­сит от темп-ры. Ре­аль­но в ме­тал­лах П. п. про­яв­ля­ет­ся на фо­не диа­маг­не­тиз­ма элек­тро­нов про­во­ди­мо­сти. Мо­дуль диа­маг­нит­ной вос­при­им­чи­во­сти элек­трон­но­го га­за ра­вен ¹/₃ па­ра­маг­нит­ной вос­при­им­чи­во­сти. В силь­ных маг­нит­ных по­лях и при низ­ких темп-рах эти два эф­фек­та свя­за­ны друг с дру­гом и кван­то­ва­ние со­стоя­ний элек­тро­нов во внеш­нем маг­нит­ном по­ле при­во­дит к ос­цил­ля­ци­он­ным за­ви­си­мо­стям на­маг­ни­чен­но­сти от ве­ли­чи­ны внеш­не­го по­ля (Де Хаа­за – ван Аль­ве­на эф­фект).

В по­лу­про­вод­ни­ках П. п. час­то пе­ре­кры­ва­ет­ся диа- и па­ра­маг­не­тиз­мом ионов кри­стал­лич. ре­шёт­ки; кро­ме то­го, осо­бен­но­сти зон­ной струк­ту­ры по­лу­про­вод­ни­ка ус­лож­ня­ют тем­пе­ра­тур­ную за­ви­си­мость его па­ра­маг­нит­ной вос­при­им­чи­во­сти.