Couplage RKKY
Le couplage RKKY est une interaction quantique de couplage entre des moments magnétiques nucléaires ou des spins d'électrons d situés de la couche interne d'un métal via les électrons de conduction.
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Le couplage RKKY (pour Ruderman-Kittel-Kasuya -Yosida) est une interaction quantique de couplage entre des moments magnétiques nucléaires ou des spins d'électrons d situés de la couche interne d'un métal via les électrons de conduction.
Historique
Le couplage RKKY a été originellement proposé par Melvin A. Ruderman et Charles Kittel de l'Université de Californie - Berkeley pour expliquer les bandes ingénéralement larges observées lors de la résonance magnétique de spin dans l'argent métallique naturel. Cette théorie se base sur la théorie des perturbations au second ordre pour décrire un couplage d'échange indirect par lequel le spin nucléaire d'un atome interagit avec un électron de conduction via le couplage hyperfin. Cet électron de conduction interagit ensuite avec un autre spin nucléaire, créant ainsi une corrélation d'énergie entre les deux spins nucléaires.
La théorie RKKY est basée sur des fonctions d'onde de Bloch, et ne s'applique par conséquent qu'aux dispositifs cristallins. L'interaction d'échange dérivée s'écrit :
avec :
- H l'hamiltonien du dispositif,
- Rij la distance entre les noyaux i et j,
- le spin nucléaire de l'atome i
- Δkmkm le terme représentant le couplage hyperfin
- m * la masse effective des électrons dans le cristal
- km le vecteur d'onde des électrons de conduction. Dans les matériaux cristallins, les vecteurs d'onde des électrons de conduction sont particulièrement proches de la surface de Fermi.
Taduya Kasuya, de l'Université de Nagoya, a plus tard proposé qu'un couplage d'échange indirect identique pourrait être appliqué aux spins d'électrons d situés de la couche interne qui interagissent via les électrons de conduction. Cette théorie a été complétée par Kei Yosida, de l'Université de Californie - Berkeley, pour obtenir un hamiltonien décrivant les interactions (spin d'électron d) - (spin d'électron d), (spin nucléaire) - (spin nucléaire), et (spin d'électron d) - (spin nucléaire).
Applications
L'application la plus significative de la théorie du couplage RKKY a été la magnétorésistance géante (GMR). La théorie RKKY avait en effet prédit l'oscillation entre les états ferromagnétique-antiferromagnétrique d'une multicouche constituée de deux matériaux magnétiques scindés par un métal non magnétique, oscillation dépendante de la distance entre les couches.
Références
- M. A. Ruderman & C. Kittel, Physical Review 96, 99 (1954).
- T. Kasuya, Prog. Theor. Phys. 16, 45 (1956).
- K. Yosida, Physical Review 106, 893 (1957).
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