Блоховские осцилляции магнитных солитонов как пример динамической локализации квазичастиц в однородном внешнем поле (Обзор)

Анотація

Обзор посвящен теории осцилляционного движения зонной частицы или частицеподобного возбуждения в однородном внешнем поле - так называемых блоховских осцилляций. Пояснено, что условием такого необычного движения являются два обстоятельства: классическое уравнение движения, определяющее зависимость импульса частицы от времени под действием внешних полей (dp/dt=F), и зонный характер энергетического спектра частицы, предполагающий периодическую зависимость энергии частицы от импульса (квазиимпульса) [Î=[Î(p)=[Î(p+p₀)], где p₀ - период в p-пространстве, естественным образом возникающий при описании движения в пространственно-периодической структуре (решетке). Даны квазиклассическое и квантовое описания блоховских осцилляций. Поскольку в монографической литературе отсутствует последовательное изложение квантовой теории этого явления, в первой части обзора достаточно подробно, со всеми основными вычислениями, изложены результаты осцилляционной динамики элементарного возбуждения 1D дискретной цепочки, включая теорию движения как в постоянном однородном поле, так и в гармонически зависящем от времени однородном поле. Приведено толкование соотношения частоты квазиклассических блоховских осцилляций и эквидистантного спектра уровней энергии в так называемой "лестнице Ванье-Штарка". Объяснена физическая природа явления динамической локализации зонной частицы в переменном во времени однородном поле. Показано, что основные результаты подобной динамики переносятся на движение динамического солитона дискретного нелинейного уравнения Шредингера. Во второй части обзора описаны блоховские осцилляции топологических и динамических магнитных солитонов. Показано, что феноменологические уравнения Ландау-Лифшица для поля намагниченности в магнитоупорядоченной среде обладают удивительными солитонными решениями. Энергия солитона оказывается периодической функцией его импульса, хотя движение происходит в сплошной среде. Наличие этой периодичности достаточно для объяснения блоховских осцилляций магнитных солитонов. Описана квантовомеханическая осцилляционная динамика солитона в дискретной спиновой цепочке. Завершается обзор обсуждением условий и возможностей экспериментального наблюдения такого осцилляционного движения.