スピン密度波
スピン密度波(-みつどは、SDW)と電荷密度波(でんかみつどは、CDW)は、固体におけるエネルギーの低い2つの似通った秩序状態を指す。2つの状態とも、異方的な低次元物質もしくはフェルミエネルギーformula_1に高い状態密度を持つ金属において低温でおきる。このような物質でおきる他の低温での基底状態は、超伝導、強磁性、反強磁性である。秩序状態への転移は、凝縮エネルギーによって引き起こされ、その大きさはおよそformula_2である。formula_3は転移によって開くエネルギーギャップの大きさである。SDWはスピン波とは異なることに注意しなければならない。スピン波は強磁性、反強磁性の励起である。

基本的にSDWとCDWは、周期的な変調をそれぞれ電子のスピンの密度と電荷の密度に生じ、それらは特徴的な空間周波数formula_4を持ち、formula_4はイオンの位置を表す対称群においては変化しない。CDWによる新たな周期性は、走査型トンネル顕微鏡や電子線回折によって簡単に見ることが出来る。これに比べSDWは見にくく、一般的に中性子回折法や磁化率測定によって見ることができる。もし新たな周期性が格子定数の整数分の1か整数倍の時は、波はコメンシュレートであると言い、そうでない時は、インコメンシュレートであると言う。

k空間における[[クロム|Cr]]のフェルミ面の(001)断面。[[クロム|Cr]]のバンド構造によって、formula_6点を中心とした電子ポケット(緑)とH点を中心としたホールポケット(青)が生じている。囲んでいる黒い四角は第一[[ブリュアンゾーン]]を示す。

なぜ、高いformula_1を持つ固体は低温で密度波を形成し、他の物質は超伝導や磁気的な基底状態をとるのか。その答えは物質のフェルミ面に存在するネスティングベクトルと関係している。ネスティングベクトルの概念を図に示す。これはよく知られたCrの場合である。Crはネール温度311Kで常磁性からSDW状態に転移する。Crは体心立方格子であり、フェルミ面の特徴として、formula_6点とH点を中心とする電子ポケットの間に、フェルミ面が多くの平行な境界を持っている。これらの大きい平行な領域は、図の赤で示されたネスティングベクトルformula_4によって結ばれている。スピン密度波によって出来た実空間での周期はformula_10で与えられる。この空間周波数のSDWができることによって、エネルギーギャップが開き、系のエネルギーが下がる。CrにおけるSDWの存在を始めて仮定したのはパデュー大学のAlbert Overhauserである。MITのクリフォード・シャルは、CrにおけるSDWを実験で観測したことで、1994年にノーベル物理学賞を受賞した。CDWの理論を初めて提案したのは、超伝導を説明しようとしていたオックスフォード大学のルドルフ・パイエルスである。

低次元の固体の多くはフェルミ面が異方的であり、顕著なネスティングベクトルを持っている。有名なものに、層状物質のNbSe3、TaSe3、K0.03MoO3(Chevrel相)や擬一次元有機導体のTMTSFやTTF-TCNQがある。CDWは固体の表面でも良く見られ、表面再構成や二量化などと呼ばれる。表面は二次元フェルミ面で描かれ、層状物質のようになっているので、CDWにとってしばしば都合が良い。

密度波の最も魅力的な性質は、そのダイナミクスである。適切な電場や磁場のもとでは、場の向いている方向に密度波が"スライド"する。電場や磁場の力によるものである。大抵は密度波のスライディングは直ちに起こらず、しきい電場を越えるまでは"ピン止め"されている。しきい値電場で、欠陥が作るポテンシャルから抜け出すことが出来る。したがって、密度波のヒステリシスのある動きは転位や磁区のものとは異なる。電荷密度波固体の電流電圧曲線は、ピン止め電圧までは非常に高い抵抗を示し、それより上ではオームの法則的な振る舞いを示す。ピン止め電圧は物質の純度に依存するが、この電圧以下では結晶は絶縁体である。
Q1800052
電荷密度波
UNK
Q124131
超伝導
Concept
Q184207
強磁性
Concept
Q575224
反強磁性
Concept
Q4431229
スピン波
Concept
Q184207
強磁性
Concept
Q575224
反強磁性
Concept
Q133673
スピン
Concept
Q175646
走査型トンネル顕微鏡
Concept
Q864822
電子線回折
Concept
Q910499
中性子回折法
UNK
Q691463
磁化率
Concept
k空間における[[クロム|Cr]]のフェルミ面の(001)断面。[[クロム|Cr]]のバンド構造によって、formula_6点を中心とした電子ポケット(緑)とH点を中心としたホールポケット(青)が生じている。囲んでいる黒い四角は第一[[ブリュアンゾーン]]を示す。
UNK
Q124131
超伝導
Concept
Q1406417
フェルミ面
Concept
Q56352353
ネスティングベクトル
UNK
Q56352353
ネスティングベクトル
UNK
Q725
Cr
Concept
Q725
Cr
Concept
Q155781
ネール
PER
Q188479
常磁性
Concept
Q725
Cr
Concept
Q851536
体心立方格子
UNK
Q1406417
フェルミ面
Concept
Q1406417
フェルミ面
Concept
Q56352353
ネスティングベクトル
UNK
Q48995606
エネルギーギャップ
UNK
Q725
Cr
Concept
Q217741
パデュー大学
LOC
None
Albert Overhauser
UNK
Q49108
MIT
ORG
Q201506
クリフォード・シャル
PER
Q725
Cr
Concept
Q38104
ノーベル物理学賞
MEDIA
Q34433
オックスフォード大学
ORG
Q61735
ルドルフ・パイエルス
PER
Q1406417
フェルミ面
Concept
Q56352353
ネスティングベクトル
UNK
None
擬一次元有機導体
UNK
Q825595
表面再構成
UNK
Q531306
二量化
Concept
Q1406417
フェルミ面
Concept
Q190837
ヒステリシス
Concept
Q737571
転位
Concept
Q1069637
磁区
Concept
Q41591
オームの法則
Concept
Q178150
絶縁体
Concept
Q1707596
スピン密度波
UNK
Q1707596
スピン密度波
UNK
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