Монографии

Монография посвящена применению метода рентгеновской спектроскопии для изучения электронной структуры твердых тел. На основе анализа экспериментальных данных обсуждаются закономерности формирования электронной структуры тугоплавких соединений, сверхпроводников, магнитных полупроводников, металлических стекол. Рассматриваются возможности новых методов - рентгеновских поляризационных спектров, микроанализа высокого разрешения, L -абсорбционной спектроскопии редких земель для анализа химической связи и валентного состояния элементов.

Для специалистов в области спектроскопии и физики твердого тела.

В монографии дается систематическое изложение результатов экспериментального исследования физических свойств сверхпроводящих переходных металлов и различных их соединений на основе теории сверхпроводимости с сильной связью. Развивается теория сверхпроводников с сильной электрон-фононной связью и анализируется роль различных факторов, определяющих температуру сверхпроводящего перехода Тс. Проанализированы условия возникновения сверхпроводимости в чистых переходных металлах и в их сплавах. Основное внимание уделено соединениям переходных металлов с высокими Тс как интерметаллическим, так и ковалентно-ионного типа. Излагаются и критически оцениваются различные электронные модели таких сверхпроводящих соединений. С единой точки зрения анализируются общность и универсальность установленных корреляций между Тс и симметрией кристаллической структуры, электронной концентрацией, решеточной неустойчивостью и другими физическими свойствами. Наряду с общими идеями и моделями книга содержит большое количество фактического материала, систематизированного в таблицах и графиках, а также обширную библиографию.

Антиферромагнетики не только составляют подавляющее большинство среди магнитоупорядоченных веществ (магнетиков), но и обладают многими специфическими физическими свойствами, характерными только для них, во всех областях магнитофизики — собственно магнетизма (линейного и нелинейного), галь даномагнетизма, магнитооптики, магнитоакустики, аку­стооптики и пр. Систематическому рассмотрению всех этих свойств на уровне, предполагающем знания лишь в пределах общего курса физики, и посвящена книга.

Для студентов и преподавателей, научных работников и инженеров- разработчиков физико-технического профиля, интересующихся примене­нием новых физических явлений в твердотельной электронике. Многие теоретические предсказания призваны стимулировать экспериментальное открытие таких новых явлений.

Может служить дополнительным пособием для изучения магнетиков с точки зрения симметрии, кристаллохимической и магнитной.

Систематически рассмотрены особенности явлений ЯМР в магнитоупорядоченных (ферро- и антиферромагнитных) веществах, или магнетиках. Эти явления, будучи тесно связанными со свойствами магнитоупорядоченной системы электронов, можно эффективно использовать для исследования магнитной структуры и состояния магнетиков, природы самых глубинных процессов в них. Книга пригодна как для первого знакомства с предметом, так и для детального изучения некоторых новейших проблем, связанных с ЯМР в магнетиках.

Для научных работников, преподавателей и студентов физико-технических специальностей, а также для инженеров-физиков, использующих магнитные материалы в электронике.

В монографии развиваются специальные варианты редуктивной теории возмущений, которые позволяют привести трехмерные динамические уравнения нелинейной теории упругости для пластин, слоистой среды и оболочек к более простым двумерным и одномерным моделям. Первые порядки такой теории сводятся к традиционным уравнениям для пластин и оболочек. Получены новые существенно нелинейные модели, которые корректно учитывают граничные условия на поверхностях образцов, взаимодействие продольных и поперечных мод деформации материала, геометрическую и физическую нелинейности среды, изменения инерционных свойств деформируемых поверхностей из-за локальных изменений их кривизны. На этой основе аналитически описаны узоры из вмятин и новые типы солитонов, которые образуются на поверхностях перечисленных систем на начальной (нелинейно-упругой) стадии изменения их формы. Монография адресована научным сотрудникам, аспирантам и студентам вузов соответствующих специальностей. 

В монографии излагаются применения методов квантовой теории поля к проблемам статистической механики магнитоупорядоченных систем: диаграммной техники и метода континуального интегрирования.         

Первый из них развивается для вычисления температурных функций Грина, описывающих спин-систему магнетика, и основывается на формулировке теоремы Вика для спиновых операторов. Диаграммная техника применяется для исследования трех моделей ферромагнетизма: Изинга, Гайзенберга и s — d-модели. Метод континуального интегрирования дает представление функций Грина системы взаимодействующих частиц (спинов) через континуальные интегралы по полям от одночастичных функции Грина. Устанавливается связь между разложением континуальных инте­гралов и диаграммной техникой, а также связь между приближенными преобразованиями континуального интеграла и суммированием некоторых диаграммных рядов.

С помощью развиваемых методов с единой точки зрения излагаются основные результаты статистической механики ферромагнетизма, что де­лает монографию полезной широкому кругу читателей от студентов стар­ших курсов до научных работников, специализирующихся по теории твер­дого тела.

В монографии изложены результаты экспериментальных и теоретических исследований статических свойств и динамической перестройки доменных структур в железокремнистых электротехнических сталях. Приведены данные о влиянии на них материальных и геометрических факторов, внешних переменных и статических магнитных полей, внешних напряжений и температуры. Описаны процессы стабилизации доменных структур и известные способы ее дестабилизации. Прослежено влияние квазистатического и динамического поведения доменных структур на важнейшие магнитные свойства электротехнических сталей.

Монография предназначена для специалистов в области исследования магнитных материалов.

This book should fill a gap which has existed in the literature on superconductivity. There have been a number of excellent textbooks available on the phenomenon of superconductivity, which describe in detail the variety of effects connected with it and the mathematical techniques to deal with them properly. However, until now there has not been a textbook available in English which concentrates on the material aspects of superconductivity. This is a major shortcoming since most physicists working in the field of superconductivity are mainly concerned with specific materials and subsequently often need to know more about the interplay of superconductivity and material properties. On the other hand, people working in the field know that a competent and well-written book by S.V. Vonsovsky, Y.A. Izyumov, and E.Z. Kurmaev has been available in Russian. It presents a thorough discussion of superconducting transition-metal alloys and compounds.

I sincerely hope that the book will turn out to be useful to physicists working in the field of superconductivity as well as to nonspecialists and interested graduate students.

The quantum theory of solids occupies a peculiar and important place in the general structure of modern theoretical physics. There are currently no grounds for questioning the statement that all properties of solids can, in principle, be accounted for on the basis of firmly established principles of quantum and statistical mechanics. Nevertheless, these properties of real solids and the condensed state of matter in general, are so complicated and diverse that it is well nigh impossible, at least at present, to explain rigorously and fully from first principles the observed characteristics of crystals, even those which are close to perfect, - let alone explain the fact that they exist! Therefore, alongside the mathematical methods and physical concepts applied in other more fundamental areas of theoretical physics, solid state theory has developed approaches of its own to account for the most important properties of the various substances. Significantly, these approaches now have a profound reciprocal effect on not only statistical physics but also on particle physics, and even on astrophysics and cosmology. Apart from this, the tremendous and ever-increasing applied significance of solid-state theory must be noted. Suffice it to mention here the theory of semiconducting devices, the theory of strength and plasticity, the theory of magnetic properties of materials, etc. In this respect, modern solid-state theory employs with great practical success a sufficiently simple and, at the same time, adequate theoretical background, based on a purely phenomenological approach and microscopic models that are comparatively simple in terms of mathematics and very lucid physically.

As stated above, a quantum theory of solids that realizes the “first-principles” program in its entirety, i. e., a theory in which all properties of solid are derived from those of individual constituent atoms, does not exist. However it may well be assumed that, for example, the indubitable and sizable success of the pseudopotential method that now enjoys wide use in the theory of simple (normal) metals is an important step toward the construction of such a physically consistent first principles theory. Rather than choosing the deductive method of presentation, we have therefore opted, in this text, for a method based on a treatment and analysis of simple empirically established properties of solids, resorting to more соmplicated models only where necessary. In a way, such an exposition reproduces the evolution of this important province of modern theoretical physics (differing in this respect from the diverse monographs and textbooks devoted to the problem concerned) and, in our view, is most appropriate to initiate the reader into the subject. We have also assumed that a detailed treatment of a number of classical topics such as the one-dimensional Schródinger equation with a periodic potential, the metal-insulator criterion, the effect of electric and magnetic fields on electronic states, and other similar problems would be very instructive. At the same time, the book presents a number of up-to-date topics: the scattering of neutrons by the crystal lattice, plasma and Fermi liquid effects, elements of pseudopotential theory, fundamentals of the theory of disordered systems, etc.

It is assumed that the essentials of quantum and statistical mechanics are a sufficient theoretical background for reading this text. As far as possible we have tried to outline the body of mathematics in conjunction with those specific problems in which it is immediately exploited. Thus, for instance, the secondary quantization method is expounded for the first time in connection with the problem of neutron scattering on phonons, the resolvent (Green’s-function) method is outlined in connection with the problem of electron localization on impurities, etc. The presentation of a number of problems, in which allowance for correlation effects in electronic systems (superconductivity, the properties of transition metals, and the like) is essential, has turned out to be extremely concise, for we did not succeed in finding a simplified enough version of the mathematical sophistication needed for a more rigorous exposition. In those (and some other) cases we had to confine ourselves to simple model problems and often to purely qualitative lines of argument.

Although the present book outlines sufficiently general properties of solids, as well as some specific problems of the physics of semiconductors, ionic crystals, etc., it is still primarily the metal that we view as the model of “a solid in general.” This is partly because the metal is in essence a gigantic molecule and demonstrates most dramatically he features peculiar to the electronic properties of crystals, which are not reducibl to a mere “sum” of the properties of individual constituent atoms or molecules.

An acquaintance with this text should prepare the reader for a more detailed study of particular areas of solid-state theory, which at present are outlined fully enough at an up-to-date level in the abundant body of special literature. The text is intended to appeal to experimental physicists, chemists, engineers concerned with problems of solid-state theory and wishing to become conversant with the pertinent body of mathematics theoretical physicists in other fields, and undergraduate and graduate students.

The magnetic properties of alloys have been exploited in many technical applications for a long time. They have been the subject of numerous experimental investigations. However, deep theoretical studies of the magnetic properties of alloys commenced relatively recently because of considerable mathematical difficulties, some of which have not yet been overcome.

Two aspects of the theory of magnetic properties of alloys can be isolated. One is concerned with the origin and properties of the localized magnetic moments of the atoms in an alloy and with the interactions between them resulting in certain types of magnetic ordering. The other aspect is concerned with the magnetic ordering and the resultant magnetic properties of an alloy. The first aspect is closely related to the electron properties of an alloy and is usually considered within the band theory of metals. The second aspect involves the use of specified values of atomic magnetic moments and of the exchange interactions between them, which are frequently considered in the Heisenberg model of a magnetic crystal. The problem of the applicability of the Heisenberg model to a metal must be resolved by bearing in mind its magnetic properties. It is found that the Heisenberg model often provides a satisfactory description of magnetic structures and of the spectra of magnetic excitations.

The present monograph deals with the second aspect. The adoption of the Heisenberg model makes it possible to apply the theory associated with it not only to alloys but even to a greater extent to nonmetallic compounds. Our monograph is concerned with the magnetic properties of ferromagnetic crystals consisting of two types of magnetic atom, mixed in a random manner, i.e., it will be assumed that there is no atomic ordering in a crystal with impurities. Much of the book is concerned with dilute systems, in which the concentration of the second component is so low that its atoms can be regarded as isolated from one another. We shall begin by solving the properties of a crystal containing a single impurity atom and then we shall go over easily to the properties of a crystal with a finite but low impurity concentration.