Interacción RKKY

En la teoría física de la magnetización de vidrio de espín , el modelo de interacción de Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida ( RKKY ) describe el acoplamiento de momentos magnéticos nucleares o espines electrónicos localizados de las capas internas d o f a través de electrones de conducción . Recibe su nombre de Malvin Ruderman , Charles Kittel , Tadao Kasuya y Kei Yosida , los físicos que propusieron y desarrollaron este modelo por primera vez.

Malvin Ruderman y Charles Kittel, de la Universidad de California en Berkeley, propusieron por primera vez este modelo para explicar las líneas de resonancia de espín nuclear inusualmente anchas en la plata metálica natural. La teoría se basa en un acoplamiento de intercambio indirecto : la interacción hiperfina acopla el espín nuclear de un átomo a un electrón de conducción, que a su vez está acoplado al espín de un núcleo diferente. La suposición de interacción hiperfina resulta innecesaria y puede sustituirse igualmente bien por la interacción de intercambio .

El tratamiento más sencillo asume una base de función de onda de Bloch y, por lo tanto, solo se aplica a sistemas cristalinos; la energía de correlación resultante, calculada con la teoría de perturbaciones , toma la siguiente forma:$${\displaystyle H(\mathbf {R} _{ij})={\frac {\mathbf {I} _{i}\cdot \mathbf {I} _{j}}{4}}{\frac {\left|\Delta _{k_{m}k_{m}}\right|^{2}m^{*}}{(2\pi )^{3}R_{ij}^{4}\hbar ^{2}}}\left[2k_{m}R_{ij}\cos(2k_{m}R_{ij})-\sin(2k_{m}R_{ij})\right]{\text{,}}}$$donde H representa el hamiltoniano , R _ij es la distancia entre los núcleos i y j , I _i es el espín nuclear del átomo i , Δ _{k m k m} es un elemento de matriz que representa la fuerza de la interacción hiperfina, m ^* es la masa efectiva de los electrones en el cristal y k _m es el momento de Fermi . ^{[ 3 ]} Intuitivamente, podemos visualizar esto como cuando un átomo magnético dispersa una onda electrónica, que luego se dispersa en otro átomo magnético a muchos átomos de distancia, acoplando así los espines de los dos átomos. ^{[ 2 ]}

Tadao Kasuya, de la Universidad de Nagoya, propuso posteriormente que un acoplamiento de intercambio indirecto similar podría ocurrir con espines de electrones d internos localizados en lugar de núcleos. ^{[ 4 ]} Esta teoría fue ampliada más completamente por Kei Yosida, de la UC Berkeley, para dar un hamiltoniano que describe las interacciones (espín de electrón d)–(espín de electrón d), (espín nuclear)–(espín nuclear) y (espín de electrón d)–(espín nuclear). ^{[ 5 ]} JH Van Vleck aclaró algunas sutilezas de la teoría, en particular la relación entre las contribuciones perturbativas de primer y segundo orden. ^{[ 6 ]}

Quizás la aplicación más significativa de la teoría RKKY ha sido la teoría de la magnetorresistencia gigante (GMR). La GMR se descubrió cuando se observó que el acoplamiento entre capas delgadas de materiales magnéticos separadas por un material espaciador no magnético oscilaba entre ferromagnético y antiferromagnético en función de la distancia entre las capas. Esta oscilación ferromagnética/antiferromagnética es una de las predicciones de la teoría RKKY. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

• Blandín, A.; Friedel, J. (1959). "Propriétés magnétiques des alliages dilués. Interacciones magnéticas y antiferromagnétisme dans les alliages du type métal noble-métal de transición" . Journal de Physique et le Radium . 20 ( 2– 3): 160. doi : 10.1051/jphysrad:01959002002-3016000 .