RKKY interaction (exchange) (Ruderman–Kittel–Kasuya–Yosida) _ spin interaction

요약

한 spin의 확률 분포에의해 이웃한 spin의 상태가 parallel한지 anti parallel한지 거리에 따라 결정되는 interaction

정의상 가정	spin in quantum mechanics 교환 상호작용(exchange interaction) 격자(lattice)
내용상 가정
공식
단위
응용	magnetic material_강반자성AFM(antiferromagnetic), 강자성FM(ferromagnetic), paramagnetic, diamagnetic, 자화에너지

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전자 스핀이라는 개념은 양자역학에서 파생된 개념으로 wave function을 띄고 있습니다.

즉 스핀이 한곳에 위치한 것 같아도 확률적으로 높은 것이지 그 주변으로 존재할 확률이 wave로 분포하게 됩니다.

 

영어를 써서 표현한다면 그림에도 나와 있듯 localize, but Not perfectly localize입니다.

 

정확한 물리적인 내용은 생략하기로 하고 직관적으로

이러한 spontaneous spin의 확률 분포에서 wave가 높은 지점에 다른 스핀이 존재하게 된다면, quantum interaction으로 그 다른스핀은 spontaneous spin과 parallel 한 상태를 갖는 것이 안정합니다.

다시말해 up spin이 존재할때 이 up spin의 확률 분포가 높은 지점에 다른 스핀이 있다면 up spin으로 평행한 경향을 띄게 됩니다.

즉 물질의 격자 사이즈와 확률 분포가 높은 지점의 파장이 같다면 그 물질의 spin들은 모두 평행한 상태를 갖게 됩니다.

(spin의 확률분포에 대한 내용은 spin flip scattering(스핀 반전 산란)_spin orbit scattering여기에도 조금 언급됩니다.)

 

만약 spontaneous spin의 확률 분포가 낮은 지점에 다른 스핀이 존재한다면, 이는 anti parallel 한 configulation으로 반대 상태의 spin을 띄게 됩니다.

즉 물질의 격자 사이즈가 서로의 확률분포가 낮은 위치에 존재하는 길이라면, 물질의 스핀 상태는 up/down/up/down/up/down...과 같은 AFM(anti ferromagnetic)과 같은 형태를 띄게 되고 이를 RKKY interaction이라합니다.

 

다음 그림은 RKKY exchange coefficient J를 나타낸 것으로 처음에서 다음 가장 낮은 파장까지 대략 ~4A정도의 길이가 되어 AFM을 만들고자 하면 이러한 결정으로 물질을 제작하면 됩니다.

 

추후 더 정확한 물리적 설명과 공식을 추가하겠습니다.

읽어주셔서 감사합니다!