Введение к работе
Актуальность темы.В последние десятилетия центр тяжести в исследованиях твердых тел постепенно смещался от совершенных кристаллов, в изучении которых были достигнуты впечатляющие успехи, к неоднородным материалам. Исследования таких материалов в настоящее время принадлежат к числу важнейших направлений физики твердого тела .и физики магнитных явление. В частности, аморфные ферромагнетики всегда привлекали внимание исследователей уникальным сочетанием магнитного порядка и структурного беспорядка.
Интерес к изучению неоднородных сред стимулируется, с одной стороны, требованиями практики (миниатюризация устройств электроники и компьютерной техники, освоение новых частотных диапазонов), а с другой, - безусловной научной значимостью исследований подобных объектов. В реальной жизни чистые материалы и идеальные кристаллы чрезвычайно редки. Обычно приходится иметь дело с материалами, содержащими неоднородности различного типа как естественного, так и искусственного происхождения.
Неоднородности принято классифицировать по их характерному размеру и по типу распределения в образце. Последнее подразумевает деление неоднородностей на регулярные (точечные дефекты, периодические структуры и т.д.), случайные (определяют свойства аморфных и микрокристаллических материалов, стекол), а также занимающие промежуточное положение (квазикристаллы, случайно модулированные периодические структуры и т.д.). Что касается размера неоднородностей. то он, как в регулярных, так и в случайных структурах может изменяться в довольно широких пределах, имея зачастую одинаковую величину для неоднородностей разного типа. Поэтому представляется важным изучение материалов с различными неоднород-ностями в рамках единого подхода.
Целью настоящей работы является теоретическое исследование спектров и затухания волн в неоднородных материалах, а также кинетических и магнитных свойств ферромагнетиков с неоднородным распределением намагниченности, в том числе-
поиск проявлений основных характеристик неоднородностей, таких как среднеквадратичные флуктуации и корреляционные длины, в спектрах волн и однородных возбуждений;
изучение в сверхрешетках перехода от регулярной одномерной структуры к одно-, двух- и трехмерной стохастической структуре.
Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые
исследованы в нормальном металле, помещённом в наклонное к поверхности образца магнитное поле, продольные слабо затухающие электромагнитные волны вблизи частот циклотронного резонанса и в условиях геометрического резонанса, а также связанные, слабо затухающие волны вблизи циклотронного резонанса и низкочастотные волны в металлическом ферромагнетике в той же геометрии магнитного поля. Показано, что увеличение магнитостатической составляющей связанной волны приводит к заметному уменьшению магнитного затухания Ландау.
показано, что в металлическом ферромагнетике с поверхностным закреплением магнитного момента существуют электроны, захваченные неоднородным полем магнитной индукции ферромагнетика, собственная частота которых зависит от внешнего магнитного поля и много больше циклотронной. На этой частоте получена резонансная зависимость тензора высокочастотной электропроводимости от магнитного поля. Отличие дискретного спектра захваченных электронов от спектра Ландау в однородном поле магнитной индукции увеличивает энергию электронной подсистемы ферромагнетика, что приводит к характерной модификации] его кривой намагничивания.
исследованы плазменные волны в случайно-неоднородном нор- . мальном металле и полупроводнике с учетом анизотропии спада корреляций и анизотропии корреляционного радиуса. Дисперсионная кривая усреднённых плазменных волн имеет излом, а затухание достигает максимума в области значений волновых векторов, близкой величине обратного корреляционного радиуса неоднородностей.
при исследовании взаимодействия плазменных и электромагнитных волн в случайно-неоднородном металле показано, что основная модификация спектра и затухание усредненных плазменных и электромагнитных волн обусловлены распадом когерентной волны на флук-туационные плазменные волны. Последнее приводит к своеобразному "эффекту микроскопа", когда характерный размер неоднородностей проявляется на дисперсионной кривой электромагнитных волн в значительно более длинноволновой области спектра.
исследовано затухание спиновых волн, обусловленное рассеянием на неоднородностях с анизотропными корреляционными свойствами. Рассмотрены как анизотропия корреляционного радиуса, так и анизо-
2 '
тропня формы корреляционной функции (характера спада корреляций).
выведена корреляционная функция сверхрешетки из стохастических характеристик случайной пространственной модуляции ее фазы.
исследован переход от идеальной сверхрешетки к полностью стохастической в модели сверхрешетки со случайной пространственной модуляцией фазы и рассмотрены проявления этого перехода в спектре и затухании спиновых волн вблизи границы первой подзоны Брил-люэна в исходной идеальной синусоидальной сверхрешетке и вблизи границ всех нечетных подзон в исходной идеальной сверхрешетке с резкими границами раздела слоев.
Научная и практическая значимость. Результаты диссертационной работы по исследованию спектральных и кинетических свойств неоднородных материалов открывают возможность нового подхода к объяснению и классификации явлений, возникающих при распространении в таких средах электромагнитных, плазменных, спиновых и других волн, дают понимание процессов намагничивания ферромагнетика с поверхностным закреплением магнитного момента и его электропроводности. Предсказанный в работе модифицированный электронный резонанс на частоте много большей циклотронной дает принципиальную возможность вовлечь в круг резонансных измерений материалы, которые не удавалось получить достаточно чистыми, а в тех случаях, когда имелись совершенные образцы, проводить исследования при более высоких температурах. Полученные в работе проявления корреляционных свойств случайно-неоднородных материалов в спектрах и затухании волн могут служить теоретическим обоснованием развития в аморфных металлах спектроскопии плазменных и электромагнитных волн. Исследования корреляционных свойств сверхрешеток и распространения в них спиновых волн, позволили изучить переход от периодической структуры к стохастической.
На защиту выносятся: 1. Исследование распространения в металлах слабо затухающих волн. В нормальном металле в наклонном магнитном поле вблизи частот циклотронного резонанса существуют продольные волны и волны, содержащие поперечные компоненты электрического поля, спектр которых состоит из нескольких ветвей. В металлическом'ферромагнетике в наклонном магнитном поле затухание Ландау связанных, слабо
затухающих волн заметно уменьшается с ростом магнитостатической составляющей волны.
Исследование электрических свойств металлического ферромагнетика с поверхностным закреплением магнитного момента во внешнем магнитном поле. Показана возможность существования электронов, спектр которых отличается от спектра Ландау, что приводит к электронному резонансу на частоте много большей циклотронной, модифицирует магнетосопротивление такого ферромагнетика и его кривую намагничивания.
Исследование плазменных и электромагнитных волн в случайно-неоднородных металлах. В спектре и затухании обеих волн проявляются характерный размер неоднородностей, закон спада корреляций и анизотропия корреляционного радиуса. Характерный размер неоднородностей го в спектре и затухании электромагнитных волн, распространяющихся в случайно-неоднородном металле, проявляется в области гораздо более длинных, по сравнению с го, волн, что обусловлено их взаимодействием с плазменными возбуждениями.
Затухание спиновых волн в аморфном ферромагнетике зависит не только от характерного размера неоднородностей, но и от анизотропии корреляционного радиуса неоднородностей, а также анизотропии формы их корреляционной функции (характера спада корреляций).
В модели сверхрешетки со случайной пространственной модуляцией фазы исследован переход от идеальной сверхрешетки к полностью стохастической. Рассмотрены проявления этого перехода в спектре и затухании спиновых волн вблизи границы первой подзоны Брил-люэна для исходной идеальной синусоидальной сверхрешетки и вблизи границ всех нечетных подзон в исходной идеальной сверхрешетке с бесконечно тонкими границами между слоями.
Апробация работы. Результаты, изложенные в диссертации, докладывались на Всесоюзных конференциях по физике магнитных явлений (Донецк 1977, Пермь 1981, Донецк 1985, Ташкент 1991); Всесоюзных совещаниях по аморфным магнетикам (Красноярск 1980, Самарканд 1983, Владивосток 1986, Красноярск 1989); Всесоюзном совещании по физике низких температур (Харьков 1980); Международной конференции "Физика переходных металлов" (Киев 1988); Всесоюзном совещании по теории полупроводников (Донецк 1989); Всесоюзном семинаре по спиновым волнам (Ленинград 1990); Международной кон-
ференции по магнетизму (Эдинбург 1991, Варшава 1994): Международной конференции по магнитоэлектронике (Красноярск 1992); Международном симпозиуме по теоретической физике "Магнитные муль-тислои и низкоразмерный магнетизм" (Коуровка 1994); XV Всероссийской школе-семинаре "Новые магнитные материалы микроэлектроники" (Москва, 1996); Европейской конференции по физике магнетизма (Познань, 1996); Международной конференции "Последние достижения в магнетизме низкомерных систем" (Партенит, Крым 1997); Международном семинаре по спиновым волнам (С. Петербург 1998); Московском международном симпозиуме по магнетизму памяти Е.И. Кондорского (Москва 1999).
Публикации. По материалам диссертации имеется 58 публикаций, основное содержание работы изложено в 25 из них, список которых приведен в конце автореферата.
Структура диссертации. Диссертация состоит из Введения, восьми Глав, объединенных в три Раздела, Заключения, в котором представлены Выводы, и заканчивается списком литературы из 315 наименований. Общий объем работы составляет 229 страниц, в том числе 24 рисунка.
