SpinDichteWellen

SpinDichteWellen, kurz SDW, bezeichnen eine räumlich periodische Modulation der Elektronenspindichte in einem elektronischen System. Die mittlere Spinlänge ⟨S(r)⟩ variiert typischerweise sinusoidale mit einem charakteristischen Wellenvektor Q, so dass ⟨S(r)⟩ ∝ S0 cos(Q·r). Im Gegensatz zu Ladungsdichtewellen ist der dominante Ordnungstyp der Spin, doch in vielen Fällen treten Spin- und Ladeffekte gemeinsam auf oder beeinflussen sich gegenseitig.

Die Entstehung von SDWs wird oft durch eine verschachtelte Fermioberfläche begünstigt. Eine starke Verschachtelung erhöht die statische Suszeptibilität χ0(Q) bei bestimmten Werten von Q, wodurch eine magnetische Ordnung energetisch begünstigt wird. In einer einfachen Mean-field-Behandlung führt dies zur Bildung einer Spinordnung, bei der Teile des Fermi-systems eine Spindichte-Lücke ausbilden. SDWs können kommensurabel oder incommensurabel sein, und die Spins können longitudinal oder transversal ausgerichtet sein, je nach Symmetrie der zugrunde liegenden Wechselwirkungen.

Experimentell zeigen SDWs charakteristische Merkmale in magnetischen und elektronischen Messungen. Neutronenstreuung liefert Satellitenreflexe bei Q, NMR und μSR geben Aufschluss über lokale Magnetisierung, und ARPES bzw. Quasipartikel-Experimente beobachten Veränderungen am Fermi-system. SDW-Ordnung kann die Elektronenkonnektivität reduzieren und mit anderen Phasen konkurrieren, etwa mit Ladungsdichtewellen oder Superconductivity, wodurch sich das Phasendiagramm eines Materials verschiebt.

Typische Beispiele sind Chrom und Cr-Legierungen, in denen eine incommensurate SDW unterhalb der Néel-Temperatur beobachtet wird, sowie verwandte Phasen in eisenbasierten Superleitern und anderen quasi-ein- bis zweidimensionalen Systems. SDWs bleiben ein zentrales Konzept zur Beschreibung itineranter magnetischer Ordnung in Metallen.