Магно́н — квазичастица, соответствующая элементарному возбуждению системы взаимодействующих спинов. В кристаллах с несколькими магнитными подрешётками (например, антиферромагнетиках) могут существовать несколько сортов магнонов, имеющих различные энергетические спектры. Магноны подчиняются статистике Бозе — Эйнштейна. Магноны взаимодействуют друг с другом и с другими квазичастицами. Существование магнонов подтверждается экспериментами по рассеянию нейтронов, электронов и света, сопровождающемуся рождением или уничтожением магнона.

Краткая история

• Концепция магнона была введена в 1930 г. Феликсом Блохом (англ. Felix Bloch) для количественного объяснения феномена уменьшения спонтанной намагниченности в ферромагнетиках. При температуре абсолютного нуля ферромагнетик достигает состояния наименьшей энергии, в котором атомные спины (а также и магнитные моменты) выстраиваются в одном направлении. По мере повышения температуры спины начинают отклоняться от общего направления, тем самым увеличивая внутреннюю энергию и уменьшая полную намагниченность. Если представить идеально намагниченный ферромагнетик как вакуумное состояние, то состояние при низких температурах, в котором идеальный порядок нарушен небольшим количеством перевёрнутых спинов, можно представить как газ из квазичастиц — магнонов. Каждый магнон уменьшает количество правильно выстроенных спинов на и полный магнитный момент вдоль оси квантования — на , где  — это гиромагнитное отношение.
• Квантовая теория спиновых волн (магнонов) была разработана Тэдом Хольстеном, Генри Примаковым (1940) и Фрименом Дайсоном (1956). Используя модель вторичного квантования, они показали, что магноны ведут себя как слабо взаимодействующие квазичастицы, подчиняющиеся законам Бозе — Эйнштейна.
• Непосредственное доказательство существования магнонов было найдено в 1957 Бертрамом Брокхаузом, который продемонстрировал неупругое рассеивание нейтронов на магнонах в ферритах. Существование магнонов было продемонстрировано в ферромагнетиках, ферримагнетиках и антиферромагнетиках.
• Эксперименты с антиферромагнетиками в сильных магнитных полях продемонстрировали, что магноны действительно подчиняются статистике Бозе — Эйнштейна: в нескольких таких материалах наблюдалась конденсации Бозе — Эйнштейна магнонов. См., например, статью Никуни и соавторов.

Литература

• C. Kittel, Introduction to Solid State Physics, 7th edition (Wiley, 1995). ISBN 0-471-11181-3.
• F. Bloch, Z. Physik 61, 206 (1930).
• T. Holstein and H. Primakoff, Phys. Rev. 58, 1098 (1940). online
• F. J. Dyson, Phys. Rev. 102, 1217 (1956). online
• B. N. Brockhouse, Phys. Rev. 106, 859 (1957). online
• J. Van Kranendonk and J. H. Van Vleck, Rev. Mod. Phys. 30, 1 (1958). online
• T. Nikuni, M. Oshikawa, A. Oosawa, and H. Tanaka, Phys. Rev. Lett. 84, 5868 (1999). online
• P. Schewe and B. Stein, Physics News Update 746, 2 (2005). online

Источники

• Большая советская энциклопедия.

См. также

• Спиновые волны