ЗАКОНОМЕРНОСТИ СПИНОВОГО УПОРЯДОЧЕНИЯ В ЭЛЕКТРОННЫХ
СИСТЕМАХ ПОНИЖЕННОЙ РАЗМЕРНОСТИ И В СИСТЕМАХ ЧАСТИЦ С
«БОЛЬШИМ» СПИНОМ
01.04.02 – теоретическая физика
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук
Санкт-Петербург – 2011
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»
Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор Зегря Георгий Георгиевич
Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Эйдельман Евгений Давидович доктор физико-математических наук, профессор Качоровский Валентин Юрьевич
Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого»
Защита состоится _19 октября_ 2011 г. В 16 ч. 00 мин. на заседании диссертационного Совета Д 212.229.29 при ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу:
195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29, II уч. корп., ауд.
С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».
Автореферат разослан «_» _2011 г.
Ученый секретарь диссертационного совета кандидат физ-мат. наук, доцент Ермакова Н.Ю.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Теория формирования спин-поляризованных областей в низкоразмерной гетероструктуре и когерентного спинового состояния в антиферромагнитных спин-1-цепочках актуальна для современных разработок квантовых запоминающих устройств, для создания наногетероструктур и метаматериалов. Динамической двумерной или одномерной называют системы электронов или дырок, движение которых свободно только в двух или одном пространственном измерении, а их движению во втором или в третьем соответствует дискретный энергетический спектр. Эти системы не являются одномерными (двумерными) в прямом смысле, поскольку волновые функции носителей зависят от трх координат, электромагнитные поля распространяются в трхмерном пространстве, и спин остатся трхмерным. Наиболее известные примеры 2D-систем – это гетероструктуры. Получение квазиодномерной системы возможно в так называемом топологическом металле, например, на поверхности (114) полуметалла висмута, которая поддерживает квазиодномерные свойства электронного газа [1]. Подобные системы, могут использоваться в качестве элементной базы для создания квантово-информационных устройств, поскольку при низких температурах большинство нежелательных релаксационных процессов в них оказываются подавленными. На роль элементной базы в устройствах квантовой памяти могут претендовать и системы частиц с «большими» спинами, то есть спинами больше 1/2. Эти системы обладают целым рядом свойств, принципиально отличающихся от свойств аналогичным образом устроенных систем локализованных половинных спинов[2]. Родилось направление в теоретической (статистической) физике [2,3], посвященное численному изучению критических явлений и фазовых трансформаций в низкоразмерных системах локализованных «больших»
Целью диссертационной работы является изучение закономерностей спинового упорядочения в низкоразмерных системах электронов и системах частиц с «большими» спинами. Исследование эффектов изменения размерности пространства и критериев возникновения спинполяризованного состояния в магнитном поле и при его отсутствии.
Задачами диссертационной работы являются:
Проведение расчета энергии квазидвумерной и квазиодномерной систем свободных электронов методом Хартри–Фока (ХФ) с учетом поляризации и проведение сравнительного анализа эффектов понижения размерности на конфигурацию основных параметров системы. Установление универсальной зависимости энергии от степени поляризации и параметра размерности.
Исследование возможности перехода в поляризованное состояние и установление критериев спинового упорядочения в 2D-системе путм применения различных методов теоретического исследования (метод ХФ, векторная модель Гейзенберга—Дирака—Ван-Флека (ГДвФ), теория Фермижидкости Ландау (ФжЛ)), построенных для вырожденного газа электронов проводимости. Анализ усиления парамагнитного отклика в магнитном поле с учетом спиновых корреляций с помощью теории ФжЛ.
Построение гамильтониана обменного взаимодействия в векторной модели типа модели ГДвФ в спиновом представлении для систем тождественных частиц со спинами S=1 и S=3/2. Исследование основного состояния антиферромагнитной спин-1- цепочки методом ренорм-групп.
Исследование линейных и нелинейных возбуждений цепочек спин-1-ионов в квазиклассическом приближении. Установление дисперсионной зависимости линейных спиновых волн и возможности формирования магнитного солитона.
Исследование состояния пар тяжелых дырок со спинами S=3/2 и вычисление обменной энергии акцепторов в антимониде индия. Установление влияния обменного взаимодействия на положение расщеплнной зоны тяжелых дырок и ширину щели при одноосном сжатии и включении сильного магнитного поля с индукцией B>8T в In1-xMnxSb Новизна полученных результатов состоит в том, что впервые:
1. установлена зависимость энергии электронной системы от степени поляризации и параметра размерности системы в рамках метода ХФ.
2. получено универсальное соотношение для критического параметра rs * (среднего расстояния между частицами, измеренного в атомных единицах) (5) с учетом размерности пространства:, при выполнении неравенств с которым rs rs * реализуются спинполяризованное состояние электронного газа с поляризацией степени >0.
[ 
«