Введение к работе
. Актуальность темы.
Изучение магнитоупорядоченных веществ, в частности, ферро- и ферримагнетиков, имеет большое значение для задач физической акустики и физики твердого тела, а также радиоэлектроники. Подобные магнитоупорядоченные материалы перспективны в связи с относительно большой по сравнению с другими твердыми телами эффективной нелинейностью и возможностью управлять этой нелинейностью внешним магнитным полем, что обуславливает их применение в технике аналоговой и цифровой обработки сигналов. Одним из основных явлений, приводящим к большим значениям нелинейности, является магнитоакустический резонанс (MAP), заключающийся в синхронном взаимодействии упругой и спиновой волн, распространяющихся в этих материалах.
Достаточно важным является и вопрос о дефектоскопии ферритов, которые широко применяются в технике. Например, монокристаллы марганец-цинковой шпинели (МЦШ), исследуемые в диссертации, используются при изготовлении антенн и магнитных головок, а поликристаллы никелевого феррита применяются при разработке различных устройств СВЧ (фазовращатели и др.), поэтому вопрос контроля качества таких материалов весьма актуален. Применение методов, основанных на нелинейных магнитоупругих эффектах представляется перспективным для решения подобных вопросов; эти методы позволяют получить данные о распределении и абсолютной величине внутреннего магнитного поля, его зависимости от дефектной структуры образца и т.д.
Целью работы является теоретическое и экспериментальное исследование некоторых нелинейных, а также линейных магнитоупругих эффектов в моно- и поликристаллах различных ферритов в условиях магнитоакустического резонанса и исследование температурных особенностей магнитоакустических спектров (т.е. зависимости амплитуды основной, второй гармоники и сигнала спинового отклика, возникающего при нелинейном взаимодействии встречных магнитоупругих волн (МУВ), от внешнего поля) в монокристаллах МЦШ.
Научная новизна диссертации определяется следующими результатами:
1. Теоретически и экспериментально установлено, что максималь
ная эффективность нелинейных процессов, например, нелинейного
взаимодействия (свертки) встречных МУВ и обращения фронта волны
достигается в условиях MAP.' При этом сигнал спинового отклика
возрастает по крайней мере на 3 порядка в монокристалле железо-
иттриевого граната (ЖИГ) и на 2 порядка в монокристаллах МЦШ.
2. Проведено теоретическое исследование некоторых типов
стационарных магнитоупругих волн в ферромагнетике кубической
симметрии. Установлено, что переход от линейной волны к
существенно нелинейной происходит при интенсивности МУВ порядка
десятков Вт/см2.
3. Установлена возможность восстановления внутреннего
магнитного поля путем измерения ширины по внешнему полю линии
спинового отклика (сигнала свертки) при перемещении области вза
имодействия (места перекрытия) встречных МУВ по образцу. При этом
можно восстановить средний на длине области взаимодействия
градиент внутреннего поля.
4. Обнаружен эффект автосвертки одиночной МУВ, заключаю
щийся во взаимодействии волны, отраженной от границы резонансной
области, со своим продолжением.
-
Исследованы поляризационные особенности магнито-акустических спектров в условиях МАР в поликристалле никель-кобальтового феррита, Обнаружено явление вращения плоскости поляризации магнитоупругой волны; кроме того, показано, что в условиях MAP поляризация волны, прошедшей резонансную область, является циркулярной. На основании полученных результатов оценена величина магнитоупругой постоянной.
-
Проведены исследования зависимости ширины линии спинового отклика (свертки встречных МУВ) от пористости образца. Обнаружено, что для образцов никелевого феррита такая зависимость наблюдается достаточно уверенно и приближенно является линейной функцией.
7. Исследованы температурные особенности магнитоакусти-
ческих спектров в монокристаллах МЦШ. Установлено, что в
образцах, выращенных по методу Бриджмена, при распространении
магнитоупругих волн вдоль оси [110] эффективность нелинейных
эффектов в условиях MAP падает при уменьшении температуры, что
связано с преимущественным ростом магнитоупругих постоянных по
сравнению с намагниченностью насыщения. Показано, что в образце
МЦШ, выращенном по методу Вернейля, в определенной области температур сигнал спинового отклика исчезает, что обусловлено релаксационной динамикой магнитной подсистемы в условиях спин-переориентационного фазового перехода (СПФП).
Практическая ценность работы.
Полученные в диссертации теоретические и экспериментальные результаты и выводы имеют определенное практическое значение. Установлено, что при наступлении MAP резко увеличивается эффективная магнитоупругая нелинейность, что может быть использовано в различных радиоэлектронных приборах обработки сигналов, характеристики которых можно перестраивать внешним магнитным полем в широких пределах. Показано, что использование методов, основанных на нелинейных магнитоупругих эффектах, позволяет получить информацию о распределении внутреннего поля в образце, что принципиально дает возможность для исследования магнитозаряженной дефектной структуры кристаллов (нелинейная магнитоакустическая диагностика). На примере образцов никелевого феррита продемонстрирована зависимость ширины линии спинового отклика по внешнему полю от пористости образца, что может быть использовано при разработке нового метода оценки пористости, в том числе и локальной. На основе изучения поляризационных эффектов в области MAP установлена возможность оценки величин магнитоупругих постоянных в поликристаллах. Показано, что на основе исследования температурных особенностей линейных и нелинейных магнитоакустических спектров можно получить сведения о температурных зависимостях как магнитоупругих постоянных, так и намагниченности насыщения кристаллов.
Апробация работы.
Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на 15 Всероссийской конференции по акустоэлектронике и физической акустике (Сыктывкар, 1994 г.); на Всероссийской конференции "Неразрушающий контроль в науке и индустрии - 94"; на 15 Международном конгрессе "Congress Ampere" (Казань, 1994 г.); на 1-й Объединенной конференции по магнитоэлектронике (ИРЭ РАН, Москва, 1995 г.); на Международном Конгрессе "Ultrasonic World Congress" (Берлин, 1995 г.); на 15 Всероссийской школе-семинаре (физический факультет МГУ, Москва, 1996 г.); научных семинарах кафедры акустики физического факультета МГУ.
Объем работы.
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Изложение материала систематизировано по параграфам. Объем диссертации составляет і 60 страниц, в том числе 52 рисунка и 2 приложения. Библиография содержит 84 наименования.
