Введение к работе
Актуальность темы. Изучение свойств реальных магнитоупо-рядоченных кристаллов является актуальной задачей современной физики твердого тела, так на практике приходится иметь дело с магнетиками конкретной формы и конечных размеров, содержащими как обычные дефекты кристаллической структуры - примеси, дислокации, границы раздела, так и специфические неоднородности в магнитной подсистеме - магнитные примеси, дислокации намагниченности, доменные границы, неоднородности магнитных параметров материала. Неоднородность в магнитной подсистеме может быть обусловлена неоднородностью внешнего постоянного магнитного поля, а также может возникнуть под действием неоднородных полей упругих напряжений. Изучение статических свойств реального магнетика сводится к нахождению распределения намагниченности в образце. Динамические свойства реальных магнитоупорядоченных кристаллов описываются в терминах спиновых волн - специфических возмущений, распространяющихся в магнитной подсистеме. Известно, что спиновые волны могут взаимодействовать со звуковыми и электромагнитными волнами, с пучками частиц, создающих магнитные поля, могут рассеиваться на примесях, дислокациях и других дефектах кристалла, а также образовывать локализованные связанные состояния при наличии неоднородностей в магнитной подсистеме.
Наличие в реальном магнетике целого ряда взаимодействующих колебательных подсистем приводит к тому, что при выполнений условий резонанса колебаний, а именно, в области пересе-^чений'ветвей спектра этих колебаний возникают связанные колебания, которые обладают весьма интересными физическими свойствами и находят практическое применение. Так в области пересечения ветвей спектра спиновых и звуковых волн возникают связанные магнитоупругие волны, а при наличии неоднородного магнитного поля в резонансной области происходит трансформация спиновых волн в звуковые и наоборот; взаимодействие стоя-
чих спиновых волн и магнитостатических колебаний в ограниченных ферромагнетиках приводит к появлению связанных магнито-обменных волн; связанные колебания возникают в решетках цилиндрических магнитных доменов при совпадении частоты и волнового вектора волн смещений и пульсации цилиндрических домепов; при совпадении частоты звуковой волны: с частотой: ква-зшгакальных магнитных колебаний в ферромагнетике с примесями также возникают связанные колебания* которые проявляются в изменении скорости звука и резонансном поглощении звука.
Таким образом, развитие теории связанных колебаний в маг-нитоупорядоченных кристаллах с учетом таких неоднородностей, как границы образца, неоднородность постоянного магнитного поля, магнитные домены п примеси - является актуальной задачей, решение которой имеет важное практическое значение, так как наличие в магнетиках различного типа неоднородных колебании обусловило их широкое применение в технике СВЧ и. обеспечивает новые возможности использования магнетиков в устройствах вычислительной техники.
Цельюл^айй1Ы_являлось теоретическое исследование связанных колебаний в магнитоупорядоченных кристаллах, содержащих неоднородности структуры и магнитных характеристик.
Объектом исследования служили ферро- и антиферро-магнетики. При этом решались следующие задачи:
-
Построение динамической теории магнитоупругого взаимодействия в антиферромагнетиках.
-
Вычисление параметров магнитоупругой связи в зависимости от основного состояния антиферромагкетика для произвольного направления распространения связанных волн.
S. Исследование влияния затухания па взаимную трансформацию магнитных и упругих волн в неоднородном: магнитном поле.
4. Исследование неоднородного резонанса в ферромагнитной пластинке с учетом взаимодействия между кагнитостатическими колебаниями и спиновыми волнами.
-
Развитие динамической теории устойчивости решеток цилиндрических магнитных доменов, исследование волн в таких решетках.
-
Расчет ширин локальных уровней в примесном ферромагнетике с учетом искажений волновых функций непрерывного спектра спиновых волн.
-
Изучение особенностей ферромагнитного и магннтоакусти-ческого резонанса в ферромагнетике с примесями.
Поставленные задачи решались с использованием как макроскопического, так и квантового методов теории магнетизма. Численные расчеты выполнялись с применением ЭВМ М-220 и БЭСМ-6.
Научная новизна. В работе впервые сформулирована полная система уравнений динамической теории магнитоулругостн для антиферромагнетиков, учитывающая вращения элементов объема кристалла. Теоретически предсказан новый тип колебаний намагниченности в тошсой ферромагпнтпой пластинке, получившей название магннтообменной волны. Установлены границы з'стой-чивости гексагональной решетки цилиндрических магнитных доменов, предсказан новый тип неустойчивости в. решетке с малой плотностью доменов, найден закон дисперсии волп смещений и пульсаций доменов в таких решетках. Предсказана возможность существования ннзколежащнх локальных уровней в анизотропных ферромагнетиках с примесями. Получены аналитические выражения для ширин локальных уровней в ферромагнетиках с примесью замещения.
диссертации путем сравнения их с ранее известными предельными случаями, с результатами численных расчетов других авторов, а также обосновывались тем, что выводы теории нашли подтверждение в экспериментах а получили дальнейшее развитие в работах советских и зарубежных авторов.
Научное значение диссертационной работы связано с тем, что в ней выявлен ряд новых свойств связанных колебаний в мапгато-
упорядоченных кристаллах и изучены волны в неоднородных магнитных структурах.
Практическая значимость. Полученные в работе результаты в области теории высокочастотных свойств магнитоупорядоченных веществ позволяют по-новому решать вопросы, связанные с созданием устройств, в которых используются магнитоупругие, магни-тостатические и магнитообменные волны (преобразователи частоты, управляемые линии задержки, гиперзвуковые генераторы), а также структуры, содержащие цилиндрические магнитные домены (запоминающие и логические устройства, системы хранения, преобразования и отображения информации).
Результати, выносимые на защиту;
-
Динамическая теория магнитоупругого взаимодействия в антиферромагнетиках, учитывающая вращения элементов объема кристалла.
-
Количественное описание зависимости параметров магн-итоупругой связи от направления распространения связанных магните упругих волн в антиферромагнетиках для ряда основных состояний магнитной подсистемы.
-
Предсказание возможности определения констант магнито-стрикции для антиферромагнетиков путем исследования угловых зависимостей параметров магнитоупругой связи в экспериментах по магнитоакустическому резонансу.
-
Положение о существенном влиянии затухания на характер поведения ветвей спектра связанных магнитоупругих волн в области магнитоакустического резонанса и на взаимную трансформацию магнитных и упругих волн в неоднородном магнитном поле.
-
Теоретическое предсказание нового типа колебаний намагниченности в тонкой ферромагнитной пластинке, названных впоследствии магнитообменными волнами.
-
Теория устойчивости решеток цилиндрических магнитных доменов с малой плотностью доменов.
-
Теория колебаний в решетке цилиндрических магнитных доменов.
-
Метод расчета ширин локальных уровней в примесном ферромагнетике с использованием базиса волновых функций непрерывного спектра спиновых возбуждений в кристалле с примесью.
-
Предсказание возможности существования низколежащего локального уровня в анизотропном ферромагнетике со слабо связанной примесью.
10. Вывод дисперсионного уравнения для частот связанных
магнитоупругих волн в ферромагнетике с примесями.
Дтфобяі^ця ряботм. Результаты исследований, вошедшие в диссертацию, докладывались на Всесоюзных семинарах по 'резонансным явлениям в магнетиках (г. Ленинград, 1967,1972 гг.), на Всесоюзной конференции по магнетизму (г.Красноярск, 1971 г.), на Международной конференции по магнетизму (г. Москва, 1973 г.), на Советско-французском симпозиуме по физике низких температур (г. Гренобль, 1974 г.), на Зимней школе физиков-теоретиков (Коуровка-13, 1974 г.), а также на ряде конференций, совещаний и семинаров по физике низких температур, теории твердого тела и теории магнетизма.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, содержащего 113 литературных источников. Работа выполнена на 229 страницах, включая 37 иллюстраций.
