ЕС Стоунер (физик)

Британский физик-теоретик (1899–1968).

Эдмунд Клифтон Стоунер , FRS (2 октября 1899 — 27 декабря 1968) — британский физик -теоретик . Он главным образом известен своими работами о происхождении и природе коллективизированного ферромагнетизма (тип ферромагнитного поведения, связанного с чистыми переходными металлами, такими как кобальт, никель и железо), включая коллективную электронную теорию ферромагнетизма и критерий Стонера для ферромагнетизма . ^{[3] [4] [5] [6] [7] [8]} Стоунер внес значительный вклад в электронные конфигурации в периодической таблице . ^{[9] [10] [11]}

биография

Стоунер родился в Эшере, графство Суррей, в семье игрока в крикет Артура Халлетта Стоунера . Он выиграл стипендию в Болтонской школе (1911–1918), а затем поступил в Кембриджский университет в 1918 году, который окончил в 1921 году. После окончания учебы он работал в Кавендишской лаборатории над поглощением рентгеновских лучей материей и энергетическими уровнями электронов ; его статья 1924 года по этому вопросу стала прообразом принципа исключения Паули . ^{[12] [13]} Стоунер был назначен преподавателем кафедры физики Университета Лидса в 1932 году, а в 1939 году стал профессором теоретической физики. Начиная с 1938 года, он разработал коллективную электронную теорию ферромагнетизма . С 1951 по 1963 год он возглавлял Кавендишскую кафедру физики. ^[14] Он вышел на пенсию в 1963 году.

Он провел некоторые ранние работы в области астрофизики и независимо вычислил (Чандрасекара) предел массы белого карлика ^[15] за год до Субраманьяна Чандрасекара в 1931 году. ^[16] Расчет Стоунера был основан на более ранней работе Вильгельма Андерсона по ферми-газу . ^[17] и на более ранних наблюдениях Ральфа Фаулера над белыми карликами. ^{[18] [19]} Стоунер также вывел уравнение состояния давления - плотности для звезд в 1932 году. ^[20] Эти уравнения также были ранее опубликованы советским физиком Яковом Френкелем в 1928 году. Однако работа Френкеля была проигнорирована астрономическим сообществом. ^[21]

У Стоунера был диагностирован диабет в 1919 году. Он контролировал его с помощью диеты до 1927 года, когда стало доступно лечение инсулином . ^[1]

Модель ферромагнетизма Стоунера

Схематическая зонная структура модели ферромагнетизма Стонера. Обменное взаимодействие привело к расщеплению энергии состояний с разными спинами, и состояния вблизи уровня Ферми оказываются спин-поляризованными.

Электронные полосы могут спонтанно разделяться на верхние и нижние спины. Это происходит, если относительный выигрыш в обменном взаимодействии (взаимодействии электронов по принципу Паули) больше, чем потеря кинетической энергии.

${\displaystyle \epsilon _{\uparrow }(k)=\epsilon _{0}(k)-I{\frac {n_{\uparrow }-n_{\downarrow }}{n}}}$

${\displaystyle \epsilon _{\downarrow }(k)=\epsilon _{0}(k)+I{\frac {n_{\uparrow }-n_{\downarrow }}{n}}}$

где – энергия металла до учета обменных эффектов, – энергии электронных зон со спином вверх и вниз соответственно. Обозначается параметр Стонера, являющийся мерой силы обменной корреляции , число электронов – . Наконец, это волновое число , поскольку полосы электронов находятся в пространстве волновых чисел. Если больше электронов отдают предпочтение одному из состояний, это создаст ферромагнетизм. Электроны подчиняются статистике Ферми – Дирака , поэтому, суммируя приведенные выше формулы по всему -пространству, можно установить критерий Стонера для ферромагнетизма. ${\displaystyle \epsilon _{0}(k)}$ ${\displaystyle \epsilon _{\uparrow }}$ ${\displaystyle \epsilon _{\downarrow }}$ ${\displaystyle I}$ ${\displaystyle n=n_{\uparrow }+n_{\downarrow }}$ ${\displaystyle k}$ ${\displaystyle k}$

Награды и отличия

• Он был избран членом Королевского общества в мае 1937 года ^.
• Здание EC Stoner в Университете Лидса названо в его честь. ^{[1] [23]}

Избранные публикации

• Стоунер, Эдмунд К. (1924). «LXXIII. Распределение электронов по атомным уровням». Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . 48 (286): 719–736. дои : 10.1080/14786442408634535. ISSN  1941-5982.
• Стоунер, Эдмунд К. (1929). «V. Предельная плотность белых карликов». Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . 7 (41): 63–70. дои : 10.1080/14786440108564713. ISSN  1941-5982.^[15]
• Стоунер, Эдмунд К. (1930). «LXXXVII. Равновесие плотных звезд». Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . 9 (60): 944–963. дои : 10.1080/14786443008565066. ISSN  1941-5982.
• Стоунер, Эдмунд К. (1951). «Коллективный электронный ферромагнетизм в металлах и сплавах». Журнал Physique et le Radium . 12 (3): 372–388. doi : 10.1051/jphysrad: 01951001203037200. S2CID  33136356.

Книги

• Стоунер, Эдмунд Клифтон (1956). Магнетизм и атомная структура. Метуэн и Компания Лимитед.
• Стоунер, Эдмунд Клифтон (1934). Магнетизм и материя. Метуэн.

Рекомендации

1. Бейтс, LF (1969). «Эдмунд Клифтон Стоунер 1899–1968». Биографические мемуары членов Королевского общества . 15 : 201–226. дои : 10.1098/rsbm.1969.0011.
2. Кантор, Джеффри (сентябрь 1994 г.). «Становление британского физика-теоретика: ранняя карьера Э. К. Стоунера». Британский журнал истории науки . 27 (3). дои : 10.1017/S0007087400032180.
3. Стоунер, ЕС (1939). «Коллективный электронный ферромагнетизм. II. Энергия и теплоемкость». Труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 169 (938): 339–371. Бибкод : 1939RSPSA.169..339S. дои : 10.1098/rspa.1939.0003.
4. Стоунер, ЕС (1938). «Коллективный электронный ферромагнетизм». Труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 165 (922): 372–414. Бибкод : 1938RSPSA.165..372S. дои : 10.1098/rspa.1938.0066.
5. Стоунер, EC (1936). «Коллективная электронная теплоемкость и спиновый парамагнетизм в металлах». Труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 154 (883): 656–678. Бибкод : 1936RSPSA.154..656S. дои : 10.1098/rspa.1936.0075 .
6. Стоунер, ЕС (1935). «Температурная зависимость восприимчивости свободных электронов». Труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 152 (877): 672–692. Бибкод : 1935RSPSA.152..672S. дои : 10.1098/rspa.1935.0214 .
7. Стоунер, EC; Мартин, Л.Х. (1925). «Поглощение рентгеновских лучей». Труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 107 (742): 312. Бибкод : 1925RSPSA.107..312S. дои : 10.1098/rspa.1925.0026 .
8. Ахмад, Н.; Стоунер, ЕС (1924). «О поглощении и рассеянии формульных лучей». Труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 106 (735): 8. Бибкод : 1924RSPSA.106....8А. дои : 10.1098/rspa.1924.0050 .
9. Краг, Хельге. «Вторая атомная теория Нильса Бора». Исторические исследования в области физических наук, том. 10, University of California Press, 1979, стр. 123–86, https://doi.org/10.2307/27757389.
10. Манджит Кумар, Квант: Эйнштейн, Бор и великие дебаты о природе реальности, 2008.
11. Стоунер, Эдмунд К. (1924). «LXXIII. Распределение электронов по атомным уровням». Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . 48 (286): 719–736. дои : 10.1080/14786442408634535. ISSN  1941-5982.
12. Вольфганг Паули. Принцип исключения и квантовая механика. Доступно онлайн по адресу ⟨http://nobelprize.org⟩. Нобелевская лекция, прочитанная 13 декабря 1946 года на вручении Нобелевской премии по физике 1945 года.
13. Манджит Кумар, Квант: Эйнштейн, Бор и великие дебаты о природе реальности, 2008.
14. уитрбл. «Кем был Э. К. Стоунер?». Группа физики конденсированного состояния . Проверено 4 июля 2022 г.
15. Стоунер, Эдмунд К. (1929). «V. Предельная плотность белых карликов». Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . 7 (41): 63–70. дои : 10.1080/14786440108564713. ISSN  1941-5982.
16. Чандрасекхар, С. (1931). «Максимальная масса идеальных белых карликов». Астрофизический журнал . 74 : 81. Бибкод :1931ApJ....74...81C. дои : 10.1086/143324 . ISSN  0004-637X.
17. Андерсон, Вильгельм (1929). «Über die Grenzdichte der Materie und der Energie». Zeitschrift für Physik (на немецком языке). 56 (11–12): 851–856. Бибкод : 1929ZPhy...56..851A. дои : 10.1007/bf01340146. ISSN  1434-6001. S2CID  122576829.
18. Науенберг, Майкл (2008). «Эдмунд С. Стоунер и открытие максимальной массы белых карликов» (PDF) . Журнал истории астрономии . 39 (3): 297–312. Бибкод : 2008JHA....39..297N. дои : 10.1177/002182860803900302. S2CID  43792649.
19. Блэкман, Эрик (2006). «Гиганты физики нашли пределы массы белых карликов». Природа . 440 (7081): 148. Бибкод : 2006Natur.440..148B. дои : 10.1038/440148d . ISSN  0028-0836. ПМИД  16525442.
20. Стоунер, ЕС; Эддингтон, AS (13 мая 1932 г.). «Минимальное давление вырожденного электронного газа». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 92 (7): 651–661. Бибкод : 1932MNRAS..92..651S. дои : 10.1093/mnras/92.7.651 . ISSN  0035-8711.
21. Яковлев, Дмитрий Г (30 июня 1994 г.). «Статья Я. И. Френкеля о «связывающих силах» и теории белых карликов». Успехи физики . 37 (6): 609–612. Бибкод : 1994PhyU...37..609Y. doi : 10.1070/pu1994v037n06abeh000031. ISSN  1063-7869. S2CID  122454024.
22. Бейтс, Лесли Флитвуд (1969). «Эдмунд Клифтон Стоунер, 1899–1968». Биографические мемуары членов Королевского общества . 15 : 201–237. дои : 10.1098/rsbm.1969.0011. ISSN  0080-4606. S2CID  71746877.
23. Эдмунд Клифтон Стоунер, веб-страница Университета Лидса . Проверено 21 декабря 2008 г.