Магнитный полярон

Магни́тный поляро́н (феррон), микроскопическая неоднородность в магнетике с отличной от основного материала магнитной структурой, возникающая благодаря обменному взаимодействию носителя тока (электрона или дырки) или группы носителей тока с электронами близлежащих атомов. Типичный размер магнитного полярона – несколько постоянных кристаллической решётки. По аналогии с обычным (решёточным) поляроном магнитный полярон в ряде случаев можно рассматривать как носитель тока, окруженный «шубой» магнитных флуктуаций и способный перемещаться вместе с ней. По своей природе к магнитным поляронам близки и флуктуоны – области с изменённым параметром порядка вокруг носителей тока.

Термин «магнитный полярон» («феррон») был введён Э. Л. Нагаевым в 1967 г., который продемонстрировал, что в неметаллических антиферромагнетиках электронам проводимости, появляющимся при введении донорных примесей, оказывается энергетически выгодным создать вокруг себя ферромагнитные металлические микрообласти за счёт двойного обменного взаимодействия или, в более общем случае, s–d-обменного взаимодействия. Магнитные поляроны могут существовать и в парамагнетиках как области с усиленными ферромагнитными корреляциями. Носителям тока, образующим связанное состояние с примесью или дефектом, часто оказывается выгодным понизить свою энергию, выстраивая спины магнитных атомов в пределах своей орбиты (связанные магнитные поляроны). Возможно также образование антиферромагнитных поляронов, т. е. микронеоднородностей с нулевым магнитным моментом и сильными антиферромагнитными спиновыми корреляциями. Более того, магнитный полярон может иметь довольно сложную магнитную структуру. Магнитные поляроны формируются также и на основе экситонов.

Образование магнитных поляронов оказывает существенное влияние на электрические, магнитные и оптические свойства магнитных полупроводников (в том числе и разбавленных), высокотемпературных сверхпроводников, материалов с колоссальным магнитосопротивлением (манганитов), соединений с переходами между спиновыми состояниями (кобальтитов и др.), соединений с тяжёлыми фермионами и низкоразмерных магнетиков.