Квантовая теория магнетизма

Квантовая теория магнетизма

Среди разных научных направлений, представленных сейчас в ИФИТ, важное место принадлежит термодинамике, статистической физике и теории твердого тела, и особенно – квантовой теории магнетизма (КТМ). Эти научные направления имеют давнюю историю (конец 1940-х) и восходят к одному из самых выдающихся советских ученых, академику Н.Н. Боголюбову (1909 — 1992) и его сотруднику профессору С.В. Тябликову (1921 — 1968), работавшим в Математическом институте имени В.А. Стеклова РАН.

Имена этих ученых известны во всем мире, а их книги переведены на английский, французский, немецкий и другие языки. Сейчас это направление представлено в ИФИТ профессором Ю.Г. Рудым, защитившим свои диссертации под руководством этих выдающихся ученых. Одним из наиболее важных и впечатляющих достижений этой научной школы является открытие в 1959 г. и широкое использование метода двухвременных (запаздывающих и опережающих) температурных функций Грина. В те времена был известен только причинный вариант функций Грина, введенный японским физиком Мацубарой, однако его применение было осложнено тем, что требовало привлечения громоздкой диаграммной техники. Напротив, версия Боголюбова-Тябликова метода функций Грина оказалась более простой в применениях. Главным достоинством этого метода было то, что он давал информацию о динамических и термодинамических свойствах в рамках одного и того же порядка теории возмущений. Часто этот метод дополняется и другими эффективными методами, к примеру, методом ренормгруппы.

Благодаря применению метода Боголюбова-Тябликова (например, в форме известного приближения, называемого «расцеплением Тябликова») в КТМ было решено много интересных задач. В частности, был найден ренормированный спектр спиновых волн в анизотропных ферро-, ферри- и антиферро-магнетиках Гейзенберга, а также поперечные и продольные корреляционные функции. Этот метод можно применять как к обычным
трехмерным системам, так и к более экзотическим низко-размерным. В частности, недавно было доказано (Рудой и др., 2012), что теорема Мермина-Вагнера, опирающаяся на знаменитые неравенства Боголюбова, может быть обобщена: она разрешает дальний магнитный порядок (т.е. спонтанную намагниченность) для одномерных и двухмерных систем.

Конечно, предстоит решить еще много задач КТМ, которые связаны не только с равновесными, но и неравновесными процессами в магнетиках. Хорошим примером такого рода являются задачи спинтроники в многослойных магнетиках, а также задачи описания метаматериалов (возможно, искусственного происхождения), в которых волны могут распространяться без дисперсии и отражений. Более глубоких исследований требуют и магнитные свойства графена и его производных.

Наконец, в последнее время возникла новая область исследования — квантовая термодинамика. Что касается магнитных материалов, то наиболее актуальные задачи связаны здесь с магнитокалорическим эффектом (МКЭ), который, в первую очередь, следует изучить с кинетической точки зрения, так как эти процессы осуществляются за конечное время.

Хотя МКЭ известен как адиабатическое размагничивание и активно используется уже давно (Дебай, Джок, 1926), сейчас начинается новый период в его развитии, основанный на сильных магнитных эффектах, включая магнитные фазовые переходы. Следует подчеркнуть, что открываются интересные перспективы практического использования МКЭ для изготовления магнитных тепловых насосов или магнитных холодильников, очень дешевых и с малыми потерями.

Все эти и другие задачи ждут молодых исследователей.

Обсуждение закрыто.