Physikalische Optimierung - Physik - Universität Regensburg

KAPITEL 1. GRUNDLAGEN DER SPINGLASPHYSIK 3
1.1 Magnetismus
Die einfachste Theorie des Magnetismus geht davon aus, dass sich bestimmte Atome
wie Stabmagneten verhalten. Sie erzeugen einerseits Magnetfelder, andererseits werden
sie auch von äußeren Magnetfeldern beeinflußt; die Atome wechselwirken also miteinander.
Richtung und Stärke der magnetischen Effekte lassen sich durch das sog.
magnetische Moment oder den Spin beschreiben; der Spin wird erzeugt durch die
geladenen Teilchen aus denen ein Atom zusammengesetzt ist. Bringt man nun ein Material
mit magnetischen Atomen in ein äußeres Magnetfeld, so werden sich die Spins in
einer bestimmten Richtung orientieren. In einigen Stoffen können auch starke interne
Effekte zu einer solchen Ausrichtung führen.
Bei einem dieser internen Effekte drehen sich alle Spins in die gleiche Richtung. Diese
Orientierung ist insbesondere für die starken magnetischen Eigenschaften von Eisen
verantwortlich; den Effekt bezeichnet man daher als Ferro-Magnetismus. Er wird
bewirkt durch die Austausch-WW der Metallatome, die durch den Überlapp der Elektronenhüllen
unmittelbar benachbarter magnetischer Atome hervorgerufen wird. Ein
Abbildung 1.1: Schematische Darstellung eines Ferromagneten
anderer interner Effekt ist der Anti-Ferromagnetismus: Die Spins sind hier antiparallel
ausgerichtet, d.h. benachbarte Spins richten sich jeweils in die entgegengesetzte
Richtung aus. Der Grund hierfür liegt wiederum in dem speziellen Überlapp der Elektronenhüllen.
Die magnetische Gesamtenergie eines Ferromagneten hat genau dann ein
Abbildung 1.2: Schematische Darstellung eines Anti-Ferromagneten
Minimum, wenn alle Spins in die gleiche Richtung zeigen. Man muß also Energie aufwenden,
um einen Spin in die entgegengesetzte Richtung zu klappen. Durch Zufuhr von
Wärme-Energie wird die Ordnung des Systems beeinflußt. Übersteigt die Temperatur
den Curie-Punkt, so ändert sich die Richtung der einzelnen Spins aufgrund der ther-