1

المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الفيزياء

علماء الفيزياء

الفيزياء الكلاسيكية

الميكانيك

الديناميكا الحرارية

الكهربائية والمغناطيسية

الكهربائية

المغناطيسية

الكهرومغناطيسية

علم البصريات

تاريخ علم البصريات

الضوء

مواضيع عامة في علم البصريات

الصوت

الفيزياء الحديثة

النظرية النسبية

النظرية النسبية الخاصة

النظرية النسبية العامة

مواضيع عامة في النظرية النسبية

ميكانيكا الكم

الفيزياء الذرية

الفيزياء الجزيئية

الفيزياء النووية

مواضيع عامة في الفيزياء النووية

النشاط الاشعاعي

فيزياء الحالة الصلبة

الموصلات

أشباه الموصلات

العوازل

مواضيع عامة في الفيزياء الصلبة

فيزياء الجوامد

الليزر

أنواع الليزر

بعض تطبيقات الليزر

مواضيع عامة في الليزر

علم الفلك

تاريخ وعلماء علم الفلك

الثقوب السوداء

المجموعة الشمسية

الشمس

كوكب عطارد

كوكب الزهرة

كوكب الأرض

كوكب المريخ

كوكب المشتري

كوكب زحل

كوكب أورانوس

كوكب نبتون

كوكب بلوتو

القمر

كواكب ومواضيع اخرى

مواضيع عامة في علم الفلك

النجوم

البلازما

الألكترونيات

خواص المادة

الطاقة البديلة

الطاقة الشمسية

مواضيع عامة في الطاقة البديلة

المد والجزر

فيزياء الجسيمات

الفيزياء والعلوم الأخرى

الفيزياء الكيميائية

الفيزياء الرياضية

الفيزياء الحيوية

الفيزياء العامة

مواضيع عامة في الفيزياء

تجارب فيزيائية

مصطلحات وتعاريف فيزيائية

وحدات القياس الفيزيائية

طرائف الفيزياء

مواضيع اخرى

علم الفيزياء : مواضيع عامة في الفيزياء : مواضيع اخرى :

Spin Waves in Ferromagnets

المؤلف:  Sidney B. Cahn, Gerald D. Mahan And Boris E. Nadgorny

المصدر:  A GUIDE TO PHYSICS PROBLEMS

الجزء والصفحة:  part 2 , p 42

4-9-2016

1319

Spin Waves in Ferromagnets

Consider the quantum mechanical spin-1/2 system with Hamiltonian

(i)

where the summation is over nearest-neighbor pairs in three dimensions.

a) Derive the equation of motion for the spin si at site of the lattice.

b) Convert the model to a classical microscopic model by inserting the

classical spin field s(r, t) into the equation of motion. Express to lowest order in its gradients, considering a simple cubic lattice with lattice constant a.

c) Consider the ferromagnetic case with uniform magnetization M = Mẑ. Derive the frequency-versus-wave vector relation of a small spin wave fluctuation s(r, t) = M + m0(t) sin (k . r).

d) Quantize the spin waves in terms of magnons which are bosons. Derive the temperature dependence of the heat capacity.

SOLUTION

Quantum spins have the commutation relations

(1)

(2)

(3)

a) The time dependences of the spins are given by the equations of motion:

(4)

(5)

(6)

b) The classical spin field at point ri is s(ri, t). In the simple cubic lattice the six neighboring lattice sites are at the points rj = ri ± aĵ, where ĵ is  or . We expand the sum in a Taylor series, assuming that is a small number, and find

(7)

(8)

c) Given the form of the spin operator in part (c), one immediately derives the equation by neglecting terms of order O(m20):

(9)

(10)

(11)

(12)

The equations of motion have an eigenvalue ωk, which represents the frequencies of the spin waves.

d) The internal energy per unit volume of the spin waves is given by

(13)

where the occupation number is suitable for bosons. At low temperature we can evaluate this expression by defining the dimensionless variable s = βhωk, which gives for the integral

(14)

At low temperature the upper limit of the integral s0 becomes large, and the internal energy is proportional to τ5/2. The heat capacity is the derivative of with respect to temperature, so it goes as C ~ τ3/2.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي