Antisymmetric exchange
ભૌતિકશાસ્ત્રમાં, એન્ટીસિમેટ્રિક એક્સચેન્જ, જેને ડીઝાલોશિન્સ્કી-મોરિયા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા (ડીએમઆઈ) તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે બે પડોશી ચુંબકીય સ્પિન વચ્ચેની કુલ ચુંબકીય વિનિમય ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં યોગદાન છે, અને. માત્રાત્મક રીતે, તે હેમિલ્ટોનિયનમાં એક શબ્દ છે જેને આ રીતે લખી શકાય છે. ચુંબકીય રીતે ક્રમબદ્ધ પ્રણાલીઓમાં, તે અન્યથા સમાંતર અથવા વિરોધી સમાંતર સંરેખિત ચુંબકીય ક્ષણોના સ્પિન કેન્ટિંગની તરફેણ કરે છે અને આમ, એન્ટીફેરોમેગ્નેટમાં નબળા લોહચુંબકીય વર્તનનો સ્રોત છે. આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ચુંબકીય સ્કાયરિમોનના ઉત્પાદન માટે મૂળભૂત છે અને મલ્ટિફેરોઇક તરીકે ઓળખાતી સામગ્રીના વર્ગમાં મેગ્નેટોઇલેક્ટ્રિક અસરોને સમજાવે છે. એન્ટિસિમેટ્રિક એક્સચેન્જની શોધ 20મી સદીની શરૂઆતમાં સામાન્ય રીતે એન્ટિફેરોમેગ્નેટિક-ફીઓ સ્ફટિકોમાં નબળા ફેરોમેગ્નેટિઝમના વિવાદાસ્પદ નિરીક્ષણમાંથી ઉદ્ભવી હતી. 1958માં, આઇગોર ઝાયાલોશિન્સ્કીએ પુરાવા પૂરા પાડ્યા હતા કે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સાપેક્ષવાદી સ્પિન જાળી અને ચુંબકીય દ્વિધ્રુવીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને કારણે હતી, જે લેવ લાન્દાઉના બીજા પ્રકારના તબક્કાના સંક્રમણના સિદ્ધાંત પર આધારિત હતી. 1960માં, તોરુ મોરિયાએ સ્પિન-ઓર્બિટ જોડાણને અસમપ્રમાણતા વિરોધી વિનિમય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની સૂક્ષ્મ પદ્ધતિ તરીકે ઓળખાવ્યું હતું. મોરિયાએ આ ઘટનાને ખાસ કરીને "અનિસોટ્રોપિક સુપરએક્સચેન્જ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના અસમપ્રમાણતા વિરોધી ભાગ" તરીકે ઓળખાવી હતી. આ ઘટનાનું સરળ નામકરણ 1962માં થયું હતું, જ્યારે બેલ ટેલિફોન લેબોરેટરીઝના ડી. ટ્રેવ્સ અને એસ. એલેક્ઝાન્ડરે ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને માત્ર અસમપ્રમાણતા વિરોધી વિનિમય તરીકે ઓળખાવી હતી. આ ક્ષેત્રમાં તેમના નિર્ણાયક યોગદાનને કારણે, અસમપ્રમાણતા વિરોધી વિનિમયને કેટલીકવાર ઝાયાલોશિન્સ્કી-મોરિયા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. વ્યુત્પત્તિ ડી. એમ. આઈ. નું કાર્યાત્મક સ્વરૂપ એન્ડરસનની સુપરએક્સચેન્જ ઔપચારિકતામાં આયનો વચ્ચે સ્પિન-ઓર્બિટ કપલિંગ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના બીજા ક્રમના અવ્યવસ્થિત વિશ્લેષણ દ્વારા મેળવી શકાય છે. નોંધ લો કે ઉપયોગમાં લેવાતા સંકેતો એ આયન પર કોણીય મોમેન્ટમ ઓપરેટર્સનો 3-પરિમાણીય વેક્ટર સૂચવે છે, અને તે જ સ્વરૂપનો 3-પરિમાણીય સ્પિન ઓપરેટર છેઃ જ્યાં વિનિમય અભિન્ન છે, જ્યાં આયનના ગ્રાઉન્ડ ઓર્બિટલ વેવફંક્શન વગેરે છે. જો ગ્રાઉન્ડ સ્ટેટ નોન-ડિજનરેટ હોય, તો તેના મેટ્રિક્સ તત્વો સંપૂર્ણપણે કાલ્પનિક હોય છે, અને આપણે સ્ફટિક સમપ્રમાણતાની અસરો તરીકે લખી શકીએ છીએ વાસ્તવિક સ્ફટિકમાં, પડોશી આયનોની સમપ્રમાણતા વેક્ટરની તીવ્રતા અને દિશા નક્કી કરે છે. સ્થાનો પર આયનો 1 અને 2 ના જોડાણને ધ્યાનમાં લેતા અને બિંદુને દ્વિભાજિત કરીને સૂચવવામાં આવે છે, ત્યારે નીચેના નિયમો મેળવી શકાય છેઃ જ્યારે વ્યુત્ક્રમનું કેન્દ્ર સ્થિત હોય, જ્યારે અરીસાનું સમતલ લંબરૂપ પસાર થાય છે, જ્યારે અરીસાનું સમતલ હોય છે અને, જ્યારે બે ગણો પરિભ્રમણ અક્ષ લંબરૂપ પસાર થાય છે, જ્યારે ત્યાં એક-ગણો અક્ષ () હોય છે, ત્યારે વેક્ટરની દિશા સમપ્રમાણતા દ્વારા મર્યાદિત હોય છે, જેમ કે મોરિયાના મૂળ પ્રકાશનમાં પહેલેથી જ ચર્ચા કરવામાં આવી છે. બે પડોશી આયનો વચ્ચેની ચુંબકીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને સુપરએક્સચેન્જ મિકેનિઝમ (આકૃતિ જુઓ) દ્વારા એક તૃતીય આયન (લિગાન્ડ) દ્વારા સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવે છે તે કેસને ધ્યાનમાં લેતા, ની દિશા સરળ સંબંધ દ્વારા મેળવવામાં આવે છે. આ સૂચવે છે કે તે સામેલ ત્રણ આયનો દ્વારા ફેલાયેલા ત્રિકોણને લંબરૂપ છે. જો ત્રણ આયનો લીટીમાં હોય. માપન ડીઝાલોશિન્સ્કી-મોરિયા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને તેની સામાન્ય રીતે નબળી અસરો અને જથ્થાબંધ સામગ્રીમાં અન્ય મેગ્નેટોઇલેક્ટ્રિક અસરો સાથે સમાનતાને કારણે પ્રાયોગિક રીતે સીધી રીતે માપવી મુશ્કેલ સાબિત થઈ છે. ડીએમઆઈ વેક્ટરને માપવાના પ્રયાસોમાં એક્સ-રે વિવર્તન હસ્તક્ષેપ, બ્રિલૌઇન સ્કેટરિંગ, ઇલેક્ટ્રોન સ્પિન રેઝોનન્સ અને ન્યુટ્રોન સ્કેટરિંગનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. આમાંની ઘણી તકનીકો માત્ર ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની દિશા અથવા તાકાતને માપે છે અને સ્પિન ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની સમપ્રમાણતા અથવા જોડાણ પર ધારણાઓ કરે છે. ઓપ્ટિકલ ડિટેક્શન (OD-ESR) સાથે બ્રોડબેન્ડ ઇલેક્ટ્રોન સ્પિન રેઝોનન્સમાં તાજેતરની પ્રગતિ કોઈ ધારણા વિના અને ચુંબકીય ક્ષેત્રની તાકાતના વિશાળ વર્ણપટમાં દુર્લભ-પૃથ્વી આયન સામગ્રી માટે DMI વેક્ટરની લાક્ષણિકતા માટે પરવાનગી આપે છે. ભૌતિક ઉદાહરણો જમણી બાજુની છબી સંકલિત હેવી મેટલ-ઓક્સાઇડ સંકુલ દર્શાવે છે જે ધાતુના આયનના આધારે લોહચુંબકીય અથવા એન્ટીફેરોમેગ્નેટિક વર્તણૂક પ્રદર્શિત કરી શકે છે. દર્શાવેલ માળખાને કોરન્ડમ સ્ફટિક માળખા તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, જેનું નામ એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડ () ના પ્રાથમિક સ્વરૂપ પરથી રાખવામાં આવ્યું છે, જે આર. સી. ત્રિકોણાકાર અવકાશ જૂથ દર્શાવે છે. આ માળખામાં-ફીઓ અને-સીઆરઓ જેવા સમાન એકમ કોષ પણ છે જે ડી63ડી અવકાશ જૂથ સમપ્રમાણતા ધરાવે છે. પ્રદર્શિત ઉપલા અડધા એકમ કોષમાં રોમ્બોહેડ્રોનના અવકાશ કર્ણ સાથે ચાર M3 + આયનો દેખાય છે. ફીઓ માળખામાં, પ્રથમ અને છેલ્લા ધાતુ આયનની સ્પિન હકારાત્મક હોય છે જ્યારે કેન્દ્ર બે નકારાત્મક હોય છે. - સીઆરઓ માળખામાં, પ્રથમ અને ત્રીજા ધાતુ આયનની સ્પિન હકારાત્મક હોય છે જ્યારે બીજા અને ચોથા નકારાત્મક હોય છે. બંને સંયોજનો ઠંડા તાપમાન (<250K) પર એન્ટીફેરોમેગ્નેટિક હોય છે, જો કે આ તાપમાનથી ઉપર-ફીઓ માળખાકીય પરિવર્તનમાંથી પસાર થાય છે જ્યાં તેનું કુલ સ્પિન વેક્ટર હવે સ્ફટિક અક્ષ સાથે નહીં પરંતુ મૂળભૂત (111) સમતલ સાથે સહેજ ખૂણા પર નિર્દેશ કરે છે. આ તે છે જે આયર્ન ધરાવતા સંયોજનને 250K થી ઉપર તાત્કાલિક લોહચુંબકીય ક્ષણ પ્રદર્શિત કરવા માટેનું કારણ બને છે, જ્યારે ક્રોમિયમ ધરાવતા સંયોજનમાં કોઈ ફેરફાર દેખાતો નથી. આમ તે આયન સ્પિનનું વિતરણ, કુલ સ્પિન વેક્ટરની ખોટી ગોઠવણી અને એકમ કોષની પરિણામી પ્રતિસામ્યતાનું સંયોજન છે જે આ સ્ફટિક માળખામાં જોવા મળતી પ્રતિસામ્ય વિનિમય ઘટનાને જન્મ આપે છે. એપ્લિકેશન્સ મેગ્નેટિક સ્કાયરિમિઓન ચુંબકીય સ્કાયરિમિઓન એ ચુંબકીય રચના છે જે ચુંબકીયકરણ ક્ષેત્રમાં થાય છે. તેઓ સર્પાકાર અથવા હેજહોગ રૂપરેખાંકનોમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે જે ડીઝાલોશિન્સ્કી-મોરિયા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દ્વારા સ્થિર થાય છે. સ્કાયરમિયન પ્રકૃતિમાં ટોપોલોજિકલ છે, જે તેમને ભવિષ્યના સ્પિનટ્રોનિક ઉપકરણો માટે આશાસ્પદ ઉમેદવાર બનાવે છે. મલ્ટિફેરોઇકના તાજેતરમાં શોધાયેલા વર્ગમાં ચુંબકત્વ પ્રેરિત વિદ્યુત ધ્રુવીકરણની સમજણ માટે મલ્ટિફેરોઇક એન્ટીસિમેટ્રિક વિનિમય મહત્વપૂર્ણ છે. અહીં, લિગાન્ડ આયનોના નાના ફેરફારો ચુંબકીય ક્રમ દ્વારા પ્રેરિત થઈ શકે છે, કારણ કે પ્રણાલીઓ જાળી ઊર્જાના ખર્ચે ચુંબકીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ઊર્જાને વધારવાનું વલણ ધરાવે છે. આ પદ્ધતિને "ઇન્વર્સ ડીઝાલોશિન્સ્કી-મોરિયા ઇફેક્ટ" કહેવામાં આવે છે. અમુક ચુંબકીય માળખામાં, તમામ લિગાન્ડ આયનો એક જ દિશામાં સ્થાનાંતરિત થાય છે, જે ચોખ્ખા વિદ્યુત ધ્રુવીકરણ તરફ દોરી જાય છે. તેમના ચુંબક વિદ્યુત જોડાણને કારણે, મલ્ટિફેરોઇક સામગ્રીઓ એવી એપ્લિકેશનોમાં રસ ધરાવે છે જ્યાં લાગુ કરેલા વિદ્યુત ક્ષેત્રો દ્વારા ચુંબકત્વને નિયંત્રિત કરવાની જરૂર હોય છે. આવા ઉપયોગોમાં ટનલ મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સ (ટી. એમ. આર.) સેન્સર, વિદ્યુત ક્ષેત્ર ટ્યુન કરી શકાય તેવા કાર્યો સાથે સ્પિન વાલ્વ, ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા વૈકલ્પિક ચુંબકીય ક્ષેત્ર સેન્સર અને વિદ્યુત ટ્યુન કરી શકાય તેવા માઇક્રોવેવ ઉપકરણોનો સમાવેશ થાય છે. 3 ડી ઇલેક્ટ્રોનની ચુંબકત્વ ક્ષમતાને કારણે મોટાભાગની મલ્ટિફેરોઇક સામગ્રી સંક્રમણ ધાતુના ઓક્સાઇડ છે. ઘણાને પેરોવ્સ્કાઇટ્સ તરીકે પણ વર્ગીકૃત કરી શકાય છે અને તેમાં લેન્થેનાઇડ આયનની સાથે ફે3 + આયન હોય છે. નીચે સામાન્ય મલ્ટીફેરોઇક સંયોજનોનું સંક્ષિપ્ત કોષ્ટક છે. વધુ ઉદાહરણો અને ઉપયોગો માટે મલ્ટિફેરોઇક્સ પણ જુઓ. આ પણ જુઓ વિનિમય ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સ્પિન-ઓર્બિટ કપલિંગ સુપરએક્સચેન્જ લેન્ડૌ સિદ્ધાંત સ્કાયર્મિયન્સ મલ્ટિફેરોઇક્સ સંદર્ભો ચુંબકીય વિનિમય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ સ્પિન્ટ્રોનિક્સ