Введение к работе
Актуальность темы. Характерным свойством магнитных сред является их нелинейность, определяемая геометрическими свойствами поля намагниченности и проявляющаяся, как правило, уже при довольно низких плотностях энергии возбуждений (в сравнении, например, с акустической нелинейностью). Это делает магнетики удобным модельным объектом для изучения общих закономерностей нелинейных волновых процессов, в частности, явлений, связанных с существованием и динамикой уединенных магнитных волн [ і ].
Типичными уединенными волнами в магнитоупорядоченных материалах являются доменные границы (ДГ) - топологически устойчивые образования (кинки), ведущие себя во многих отношениях подобно частицам (деформируемым, и с переменными массой). Однако в традиционных магнитожестких и малштомягких материалах поведение ДГ определяется в основном их взаимодействием с различными структурными дефектами. Только после того, как были получены очень качественные монокристаллические магнитные пленки с низкой плотностью дефектоз, появилась возможность исследовать влияние магнонных и фононних полей на динамику ДГ.
При теоретическом изучении нелинейных явлений в сплошных средах, ввиду сложности задач, наряду со строгими методами учета возмущений (прямыми или основанными на методе обратной задачи рассеяния) большую роль продолжают- играть упрощенные модели. Одна из них была предложена Е. Л. Туровым [2-5] в качестве модели для описания динамики ДГ ферро- или антиферромагнетика в присутствии создаваемых ею неоднородных деформаций магнитоупругой природы. Основанная на известном приближении Слончевского, она представляет солитоноподобный обгект (СО), взаимодействующий с волновым полем, в качестве протяженной частицы, характеризуемой координатой, импульсом, кинетической и потенциальной энергиями. В этом приближении взаимодействие становится похожим на электрон-фононное: имеют место явления, подобные поляронному эффекту, косвенному взаимодействию через фонолы и др. Однако есть и существенное отличие, Оно обусловлено тем, что СО являются протяженными образованиями, поэтому их взаимодействие с волновым полем
оказывается существенно нелокальным и определяется свойствами этого поля в целой области пространства, а не в точке.
В рамках названной модели были обнаружены и изучены так называемые квазилокальные колебания - магнитоакусппеские колебания, локализованные в окрестности ДГ (приставка, "квази" указывает, что они могут сопровождаться слабым излучением). В данном случае они представляют разновидность "пульсационных" (внутренних) мод кинков, свойственных, как известно, некоторым видам последних при определенных условиях. Подобные моды хорошо известны также и в линейных задачах физики твердого тела, например, динамики кристаллической решетки с дефектом. Появление их всегда связано с наличием некоторого пространственно неоднородного возмущения системы, нарушающего ее трансляционную инвариантность. Таковыми же являются квазистационарные состояния в квантовой механике ("размытые уровни", с конечными временами жизни).
Прежде в работах [2-5] рассматривались линейные квазилокальные колебания. Диссертация посвящена теоретическому изучению эффектов нелинейности колебаний в рамках указанной простой модели.- Как раз простоту модели надо отнести к числу ее преимуществ: в ее рамках, с единой позиции, можно охватить и предсказать множество явлений - относящихся к колебаниям кинков, или колебаниям, локализованным на кинхах, наконец к возмущенным бризерам или "кваэибризерам" (в неинтегрируемых системах), - которые затем могут сделаться предметом специального и более детального анализа.
Целью настоящей работы является:
-
изучение закономерностей, свойственных слабонелинейным колебаниям в системах с пространственно локализованными динамическими элементами, взаимодействующими с волновым пехаем, на примере наипростейшей модельной системы, - исследование более всестороннее, чем позволяют произвести более точные, сложные сами по себе модели;
-
применение полученных результатов для анализа динамических свойств ДГ в ферромагнетике, обусловленных магнитоупругим взаимодействием.
Научная новизна. ' Изучен эффект асимметрии излучения волн, создаваемого осциллирующей зд действием внешней силы частицей, при конечной ширине радиуса заимодействия и коэффициенте взаимодействия, являющемся функцией хорости.
Получены условия, при которых соответствующая сила отдачи волн казывает тормозящее и ускоряющее действие. Проведены обобщения для ДГ ерромагнетика, осциллирующей в магнитном поле. Предложенная методика ожет быть распространена на ДГ в антиферромагнетиках (слабых еррЪмагнетиках), а также на другие типы магнитных (магнитоупругих) шпонов.'
Аналогичные эффекты исследованы также для случая, когда колебания СО лзваны падающими извне на него волнами: при этом должна приниматься во тмание сила давления волн.
Исоетедованы резонансные эффекты, обусловленные зависимостью >6ствекиой частоты квазилокальных колебаний системы от дрейфовой скорости.
Найдены условия возникновения автоколебаний СО. Изучены процессы іаимодействия возбужденных мод.
Разработана диаграк чая техника, развивающая методы асимптотической юрии возмущений в применении к задачам исследуемого класса.
Научная ценность настоящей работы состоит в том, что полученные в ней аультаты: расширяют имеющиеся представления о динамике СО в сплошных іедах, - в частности, предсказан ряд неизвестных ранее эффектов; стимулируют жые теоретические и экспериментальные исследования в данной области, редложенный вариант асимптотической теории возмущений может быть полезен >и изучении более сложных моделей.
На зашиту выносятся следуют»;» полпзгепиу
1. Установлено, что колебания, вызываемые внешними источниками в стемах названного класса, могут сопровождаться автоколебаниями на бственных частотах системы (при наличии в системе резонансных мод)
-
Предсказано появление равновесной дрейфовой скорости СО уїірннлнакідсі: одно или несколько значений), находящегося под воздействием внешней периодической силы с равной нулю средней величиной.
-
Найдены условия, при которых, волна, падающая извне на осциллирующий СО, может усиливаться.
4.Показано, что система способна самоподстраиваться под резонанс с вынуждающей периодической силой за счет изменения дрейфовой скорости СО. Аналогичный эффект должен наблюдаться и в том случае, если колебания возбуждаются падающей извне волной.
5.Получены условия неустойчивости колебаний СО во встречных волнах.
6.Исследованы два различных по своей природе типа локализации колебаний СО, обусловленые их нелинейностью (образование "бряаера").
7. Исследована возможность наблюдения предсказанных аффектов в динамике ДГ ферромагнетика.
Anpn/Jamm результатов работы. Результаты докладывались на семинарах в
Институте Физики Металлов УрО РАН г. Екатеринбурга и на конференциях:
Международный симпозиум "Генерация крупномасштабных 'структур в сплошных средах", 11-20 июня, 1990г., Пермь-Москва.
XIX Всесоюзная конференция по физике магнитных явлений. Ташкент. 24-27 сентября 1991
Семинар по спиновым волнам. Санкт-Петербург. Физико-технический институт РАН. 16-20 мая 1994
Международная конференция по магнетизму. 1СМ-94.Варшава.Август 1994.
Уральская зимняя школа-семинар по теоретической физике Коуровка-96.
Результаты диссертация опубликованы в 5 работах, список которых приводится в конце автореферата.
Структура и объем дисгрртят Работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка цитируемой литературы и 23 приложений. Диссертация изложена на 187 страницах, содержит 14 рисунков. Список литературы включает 141 наименование.
