Введение к работе
. Актуальность темы.
Актуальной проблемой современной теоретической физики является исследование свойств квантовых магнитных систем большого числа частиц. Важнейшей характеристикой таких систем являются неравновесные спиновые флуктуации и их взаимодействие с другими элементарными возбуждениями в конденсированных системах.
Необходимо подчеркнуть, что на важность многочастичных, в частности четырехчастичных взаимодействий, в магнитных системах указывал в своих основополагающих работах и в последующих обобщающих исследованиях Н.Н. Боголюбов. Им было отмечено, что представление о коллективных электронных возбуждениях как куперовских парах является концептуально важным первым приближением, но оно не может быть абсолютизировано, и, вообще говоря, мы имеем дело с коллективными возбуждениями всего электронного конденсата как с целостной системой.
Актуальность диссертации обусловлена также активно развивающимися в настоящее время теоретическими и экспериментальными исследованиями в области сильно коррелированных электрон-спин-фононных систем. Такие системы привлекают внимание главным образом потому, что взаимосвязь между магнитной и электронной подсистемами дает возможность управлять электрическими и магнитными свойствами кристаллов при помощи соответственно магнитных и электрических полей. Синтезируя такие материалы с различными температурами фазовых переходов, с определенным сочетанием
магнитных и электронных свойств, можно значительно расширить возможность применения таких соединений.
При данных фазовых переходах могут иметь место нелинейные возбуждения - топологические солитоны, которые могут приводить к дополнительным взаимодействиям между квазичастицами. Вследствие флуктуации данных солитонных спинов электроны могут дополнительно обмениваться виртуальным поперечным фононом, причем величина импульса фонона зависит оттого, какой характер носит взаимодействие -электрон-дырочное или электрон-электронное. Важно отметить, что в диссертации рассматривается механизм возникновения сверхпроводимости при разрушении неустойчивого солитона вблизи фазового перехода из сверхпроводящей фазы в парамагнитную. Его можно использовать и при рассмотрении фазового перехода из фазы сосуществования сверхпроводимости в сверхпроводящую фазу.
Цель работы.
На основе метода контурного представления операторов рассчитать потенциал обменного взаимодействия при наличии флуктуирующего поля неупорядоченной системы электронных спинов.
Показать, что за взаимодействие электронов с неравными по модулю импульсами ответственны спиновой и зарядовой плотностей.
Вычислить параметры квадрупольного обменного и электрон-фононного взаимодействий в системе неупорядоченных магнитных моментов.
Показать, что магнитная неупорядоченная подсистема играет определяющую роль в формировании эффективного обменного взаимодействия между электронами.
Рассмотреть возможность возникновения сверхпроводящего состояния при разрушении неустойчивого солитона вблизи фазового перехода.
Научная новизна.
В диссертационной работе впервые показано, что эффективное обменное взаимодействие не определяется только парными корреляциями, а формируется более сложным образом с учетом четырехчастичного взаимодействия, при котором электроны взаимодействуют как внутри ячеек, так и между ячейками. Показано, что потенциал взаимодействия между электронными парами различных ячеек играет роль обменного взаимодействия между ячейками и обменное взаимодействие пары электронов, в свою очередь, связано с эффективным полем остальных электронов и с флуктуирующим полем неупорядоченной системы электронных спинов.
Найдены уравнения для электронной и фононной функций Грина в случае неупорядоченной системы магнитных моментов. Найден ток смещения, обусловленный флуктуациями спиновой и зарядовой плотности. Определен параметр квадрупольного обменного взаимодействия, которое необходимо учитывать для объяснения свойств неупорядоченных магнитных систем.
В рамках модели обменного взаимодействия получены уравнения для обобщенного параметра порядка при наличии неупорядоченной магнитной
подсистемы. Найден ток, который описывает процесс компенсации магнитного момента при разрушении неустойчивого магнитного солитона.
Методы исследования.
В диссертации используются методы квантовой теории поля, ренорм-группового разложения, а также контурного функционального интегрирования.
Научная и практическая значимость работы.
Настоящая диссертационная работа имеет теоретический характер. Можно говорить об актуальности представленной работы как с точки зрения современного состояния развития теоретической физики конденсированных сред, так и с точки зрения конкретного вклада в сегодняшнее понимание корреляционных взаимодействий в сложных магнитных системах. Результаты диссертации Бахняна М.К. могут найти практическое применение при исследовании новых классов сверхпроводящих систем, керамических систем со структурой перовскита, в спинтронике и нанотехнологиях. Важно отметить, что механизм разрушения неустойчивых солитонных решений можно использовать при рассмотрении фазовых переходов в сверхпроводящих магнитных системах. Результаты диссертации могут быть использованы в работах, проводимых на физическом факультете МГУ, МИР АН им.В.А.Стеклова, ФИАН, ИТЭФ, ЛТФ ОИЯИ.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научной конференции «Ломоносовские чтения» 2011, на научных семинарах в Лаборатории теоретической физике им. Н.Н. Боголюбова в ОИЯИ в Дубне, в Математическом институте им. Стеклова РАН.
Структура и объем диссертации.
