Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ • 4
ГЛАВА I КРИТИЧЕСКАЯ СПИНОВАЯ ДИНАМИКА ФЕРРО- И ФЕРРИШЖГИКОВ
1.1 Процессы критической релаксации в ферромагнитной области магнитного фазового перехода 12
1.2 Процессы критической релаксации в ферромагнетике выше температуры Кюри .18
1.3 Влияние внешнего магнитного поля на процессы критической релаксации однородной прецессии 23
1.4 Влияние магнитной кристаллографической ани-зопюпии статические и динамические свойства вблизи фазового перехода 30
1.5 Экспериментальная ситуация 32
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.. 35
ГЛАВА И ТЕХНИКА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1 Измерение температуры магнитного фазового перехода и спонтанной намагниченности 37
2.2 Методика резонансных измерений 40
2.3 Исследуемые монокристаллы 43
2.4 Механическая обработка кристаллов 48
ГЛАВА Ш ПРОЦЕССЫ КРИТИЧЕСКОЙ РЕЛАКСАЦИИ В КУБИЧЕСКИХ ФЕРРОМАГНЕТИКАХ ССІО Є И ССІСУ &Ь
ЗЛ Экспериментальное изучение ширины линии электронного спинового резонанса в окрестности температуры Кюри 52
3.2 Температурное поведение намагниченности и восприимчивости в окрестности фазового перехода 56
3.3 Спиновая динамика в ферромагнитной области фазового перехода - З в парамагнитной области фазового перехода 65
3.5 Процессы критической релаксации в примесных кубических ферромагнетиках на основе СаСфЗёц. 74
ГЛАВА ЗУ ПРОЦЕССЫ КРИТИЧЕСКОЙ РЕЛАКСАЦИИ В КУБИЧЕСКИХ
4.1 Намагниченность и восприимчивость кубических ферримагнетиков вблизи фазового перехода 93
4.2 Спиновая динамика ферримагнитных кристаллов вблизи магнитного фазового перехода 99
ГЛАВА У КРИТИЧЕСКАЯ СПИНОВАЯ ДИНАМИКА В ФЕРРИШГНЕ ТИКЕ С АНИЗОТРОПИЕЙ ТИПА "ЛЕГКАЯ ПЛОСКОСТЬ п
5.1 Намагниченность и восприимчивость Вй п в О в окрестности фазового перехода III
5.2 Спиновая динамика, в окрестности магнитного фазового перехода 115
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 124
ЛИТЕРАТУРА
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Традиционно, критические явления, протекающие при фазовом переходе в магнитоупорядоченное состояние, принято разделять на статические и динамические 11—4j . К статическим относится поведение таких равновесных величин как магнитная восприимчивость, намагниченность, теплоемкость... Динамические явления связаны с неравновесными процессами: распространением спиновых волн, релаксацией намагниченности, спиновой диффузией.
В статике магнитных фазовых переходов, в настоящее время, достигнута высокая степень понимания. Основным результатом при этом является то, что феноменологически, с помощью гипотезы статического подобия ( см., например, [4J ) , удалось описать влияние сильного взаимодействия крупномасштабных флуктуации на равновесные величины. Согласно этой теории, сингулярная зависимость статических величин от 2 ( "=(Т-ТС)/ Тс - приведенная температура ) является следствием неограниченного роста размера критических флуктуации при 6- — - О 9 иными словами связана с расходимостью корреляционного радиуса У ). В рамках этой теорий термодинамические величины и корреляционный радиус являются однородными функциями температуры и внешнего поля, а корреляционные функции - однородными функциями расстояния и термодинамических переменных. Степени однородности этих функций называются критическими индексами ( например, у является критическим индексом корреляционной длины ГЧС оэ У" ). Поскольку физика критических явлений определяется взаимодействием флуктуации с корреляционной длиной значительно превосходящей межатомные расстояния, то естественно ожидать, что поведение равновесных величин должно зависеть не от всех деталей межатом - 5 ного потенциала, а от таких крупномасштабных черт, как размерность системы, число компонент параметра порядка и симметрии решетки. Это утверждение составляет содержание свойства универсальности, состоящего в том, что физически разные системы с равным числом компонент параметра порядка ведут себя в критической области одинаково.
Динамические явления, т.е. явления протекающие во времени, в частности реакция на переменные внешние поля, в области магнитного фазового перехода изучены значительно хуже. Это относится как к теории, так и к эксперименту и связано со значительно большей сложностью и разнообразием динамических явлений.
При приближении к точке фазового перехода вместе с ) растет и время релаксации флуктуации. Зависимость времени релаксации флуктуации и кинетических коэффициентов от f является важнейшим вопросом динамической теории. Простейший подход к критической динамике, носящий название гипотезы динамического подобия, основан на следующих феноменологических соображениях /5-7J . Считается, что движения с волновыми векторами Q « ЗР (ЗР = )"" ), называемые гидродинамическими, плавно переходят в критические с волновыми векторами fl» при 0 3? , т.е. как и в статике, единственным характерным масштабом длины является корреляционный радиус УГ . Цри этом во всей области изменения О, частота гидродинамической и критической мод 0)(0,) как выше, так и ниже температуры Кюри Тс имеет вид однородной функции (Ofy):o?tf ftytc) • Величина 5? -динамический критический индекс. Поскольку спектр колебательных движений можно связать с термодинамическими величинами, индекс 2" не является независимым и выражается через статические индексы. Так для ферромагнетика в чисто обменном случае 2-(5- )/0, /б J , где «малый, порядка 0,.01, параметр Фишера [Ї] . Поскольку выше температуры Кюри гидродинамической модой в ферромагнетике является спиновая диффузия, то гипотеза динамического подобия определяет её температурную зависимость
Имеется еще два теоретических подхода к критической дина-тке,- теория взаимодействующих мод ( см., например, /29] ) и метод ренорм-группы /б,2б] . Б первом рассматривается взаимо действие гидродинамических мод между собой и с критическими степенями свободы. Во втором - описание статических явлений на основе функционала свободной энергии дополняется уравнениями для флуктуирующих полей. Для обменного ферромагнетика все они дают одно и тоже значение динамического индекса =(5- )/Ц.
Экспериментальные исследования критической спиновой динамики магнетиков проводятся, в настоящее время, двумя взаимодополняющими методами : с помощью неупругого рассеяния нейтронов и путем изучения магнитной восприимчивости в переменном магнитном поле. Критическое рассеяние нейтронов дает информацию о динамике неоднородной намагниченности. При исследовании магнитной восприимчивости в переменном магнитном поле изучается, в основном, процесс релаксации однородной намагниченности, связанный непосредственно с временными и пространственными корреляциями электронной спиновой системы. Поскольку однородная намагниченность является параметром порядка, то получаемые при этом результаты дают ответ на вопрос о роли, которую играют в критической спиновой динамике магнетиков силы, нарушающие закон сохранения полного спина и, поэтому, ответственные за такую релаксацию. Это прежде всего дипольнне силы, анизотропные взаимодействия, спин -фононные взаимодействия и взаимодействия с элект - 7 ровной подсистемой.
В связи с тем, что исследование процессов критической релаксации методом магнитного резонанса проводится при наличии постоянного магнитного поля, необходимо знать степень его влияния на динамику магнитного фазового перехода. Теория, учитывающая влияние внешнего поля на спиновую динамику вблизи фазового перехода в ферромагнетиках, появилась сравнительно недавно и позволяет систематизировать имеющиеся данные и извлекать из резонансных измерений информацию, недоступную для других методов.
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является экспериментальное исследование особенностей влияния магнитного поля, анизотропии и магнитной структуры на процессы релаксации однородной прецессии в ряде ферритов и ферромагнитных халькогенидннх шпинелей хрома в окрестности температуры Кюри и проверка возможности описания критической спиновой динамики в реальных системах с помощью существующих теорий. диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения. В первой главе содержится обзор основных теоретических и экспериментальных результатов по критической спиновой динамике ферро и ферримагнетиков. В её первом разделе анализируется ферромагнитная окрестность Тс , приводятся выражения для спин-волнового и флуктуационного вкладов в процессы критической релаксации однородной прецессии. Во втором разделе анализируется критическая спиновая динамика ферромагнетика в нулевом поле выше Т„ ." В третьем разделе рассматривается влияние магнитного поля на критическую спиновую динамику. В четвертом разделе анализируется влияние анизотропных взаимодействий на динамику фазового перехода. В пятом разделе обсуждается экспериментальная ситуация.
На основе анализа всего приведенного материала поставлена задача исследования процессов критической релаксации однородной прецессии намагниченности.
Вторая глава является методической. В ней описываются блок-схема установки для измерения температуры магнитного фазового перехода Т по спаду начальной проницаемости, методика измерения спонтанной намагниченности и определения TQ по методу термодинамических коэффициентов, методика резонансных измерений и обработки данных, приводятся характеристики исследуемых монокристаллов и результаты исследования влияния несовершенств поверхности сферического образца на процессы критической релаксации однородной прецессии намагниченности.
Третья глава отображает результаты исследования процессов критической релаксации в кубических ферромагнетиках
CCLLYQS И СССГГ$ 9Ц. на частотах 9,21 и 35,5 ГГц. Показано, что увеличение внешнего магнитного поля ( частоты ) приводит к существенному подавлению роста скорости спиновой релаксации вблизи TQ . Экспериментально определен вид температурной зависимости коэффициента спиновой диффузии. Обсуждается влияние примесей на процессы критической релаксации в кубических ферромагнетиках на основе CclLtb Qj, .
В четвертой главе представлены результаты исследования процессов критической релаксации однородной прецессии в кубических ферримагне тиках jL3r&i\Ujn и MhF&oOk. ока-зано, что доминирующим процессом релаксации в ферромагнитной окрестности Т является рассеяние однородной прецессии на спиновых волнах, включая оптические. Обсуждается влияние много-подрешеточной структуры кубического ферримагнетика на релаксацию однородной прецессии в парамагнитной области фазового перехода.
Б пятой главе представлены результаты исследования статических и динамических ( на частотах 9,21 и 36,5 ГГц ) свойств гексагонального ферримагнетика DCLg n Fe OQ.$L С анизотропией типа "легкая плоскость". Показано, что критический показатель степени магнитной восприимчивости существенно отличается отзначений для кубических систем в сторону величин, предсказываемых теорией среднего поля. Обсуждается влияние анизотропных сил на скорость спиновой релаксации в обменной области выше Тс.
Результаты, содержащиеся в третьей, четвертой и пятой главах являются оригинальныш. В конце каждой главы дается краткая сводка основных результатов.
В заключении сформулированы главные результаты диссертационной работы.
ЯВЛЯЕТСЯ НОВЫМ И ВЫНОСИТСЯ НА ЗАЩИТУ .
Впервые экспериментально исследовано влияние внешнего магнитного поля на статическую восприимчивость и процессы релакса-ц- однородно, „сии в к скн ферроиа,™ (Щк и Сс1у Ъ2ц. в окрестности магнитного фазового перехода. Показано, что в обменной области выше Т« внешнее магнитное поле оказывает сильное влияние на скорость спиновой релаксации, не оказывая существенного влияния на статическую восприимчивость. Установлено, что сильное влияние статически слабого поля на процессы релаксации однородной прецессии связано с наличием в подсистеме спиновой, диффузии. Впервые определена температурная зависимость коэффициента спиновой диффузии.
Впервые проведено исследование влияния легирования кубического ферромагнетика CdCh Q диамагнитными примесями серебра и индия на статические и динамические свойства вблизи о
фазового перехода. Получены концентрационные зависимости коэффициента спиновой диффузии. Обнаружено, что определяющую роль в формировании как статических, так и динамических свойств замещенных кристаллов играют возникающие при легировании иновалент-нне ионы хрома с отличными от Ос локальными обменными интегралами и спин-орбитальными взаимодействиями.
Изучены процессы критической релаксации в кубических ферримагнетиках / 5 -/ и MhFe Oif. • Обнаружено,что температурное поведение скорости спиновой релаксации в кубических ферримагнетиках ниже Т. на образцах различной формы: сферах, дис-ках и монокристаллических пленках - совпадает. Сделан вывод , что доминирующим процессом в этой области фазового перехода является, рассеяние однородной прецессии на спиновых волнах. Обнаружено, что выше Тс отсутствует рост скорости спиновой релаксации связанный с усилением диполь-дипольных взаимодействий.
Впервые исследованы статические и динамические свойства фер римагнетика Ban tyfk/ ) О х с анизотРопие® типа " легкая плоскость " . Показано, что критический показатель статической восприимчивости в плоскости согласуется с предсказанием теории среднего поля. Обнаружено, что в обменной области выше Тс наблюдается рост скорости спиновой релаксации с уменьшением температуры, обусловленный влиянием анизотропных сил.
Основные результаты, полученные в диссертации, опубликованы в статьях JflOI - IISj и докладывались на. XII Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений ( г.Баку, 1975г. ), на УХ Международном конгрессе АМПЕРЕ .по магнитному резонансу ( г.Таллин, 1978 г. ), на 3J Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений ( г. Харьков, 1979 г. ) , на Первом Советско-Индийском симпозиуме " Актуальные проблемы магнитной резонансной спектроскопии „неорганических материалов " ( г. Душанбе , 1982г.), на 2УІ Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений ( г. Тула, 1983 г. ), на Всесоюзной конференции по магнитному резонансу в конденсированных средах/ физические аспекты / ( г. Казань, 1984 г. ) и на Всесоюзном семинаре " Магнитные фазовые переходы и критические явления " ( г.Махачкала, 1984г.).
