磁性颗粒中磁化的量子弛豫

在低于磁各向异性能的温度下，单畴磁系统（小颗粒、纳米磁器件等）必须通过量子力学方式弛豫。这种量子弛豫必须通过与核自旋和声子（如果颗粒或衬底导电，则还包括电子）的耦合来介导。我们分析了每种耦合的影响，然后将它们结合起来。导电系统可以用“巨 Kondo”哈密顿量建模，并加入核自旋。在低温下，即使是导电衬底上的微观颗粒（仅包含 10-50 个自旋），其磁化也会因电子耗散和核自旋引起的“简并阻塞”的组合而在数千年内冻结。升高温度会导致自旋动力学在明确的温度下突然解阻塞。绝缘系统则完全不同。弛豫因与核自旋的耦合而大大增强。在短时间内，颗粒集合的磁化在初始非常快速的衰减后随时间对数弛豫；这种弛豫完全通过核自旋进行。在较长时间内，声子接管，但衰减率仍受作用于颗粒的温度依赖性核偏置场控制——衰减可能是指数或幂律的，取决于温度。结果中最令人惊讶的特征是核自旋所起的关键作用。这些结果与任何颗粒间偶极相互作用不重要的磁性颗粒实验相关。它们也与未来的磁器件技术相关。