ПА́УЛИ ПАРАМАГНЕТИ́ЗМ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
Книжная версия:
Электронная версия:
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 μБ. 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 H магнитные моменты свободных электронов ориентируются вдоль направления поля.
Электроны в металле являются фермионами и подчиняются Ферми – Дирака статистике, поэтому намагниченность системы электронов равнаm=12μБ∫EF+μБHEF−μБHρ(E)dE≈μ2БHρ(EF),где ρ(E) – плотность состояний электронов с энергией E,EF – энергия Ферми, μБ – магнетон Бора. В простейшем случае квазисвободных электронов проводимости с квадратичным законом дисперсии (сферич. поверхностью Ферми) для парамагнитной восприимчивости справедливо выражение χэлпм=3Nμ2Б/2EF, 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.