Макроскопическая электродинамика одноосного антиферромагнетика типа "легкая ось" Перкинс, Наталия Борисовна

Введение к работе

Колебания и волны в антиферромагнетиках представляют интерес, по крайней мере, с трех точек зрения:

1. как часть фундаментальной проблемы взаимодействия электромагнитного поля с веществом, находящимся в постоянном маг-яитном поле, т.е. проблемы магнитного резонанса;

2. как эффективный способ экспериментального исследования материалов;

3. как основа для создания магнитных устройств диапазона СВЧ; разработкой и производством таких устройств занимается целая отрасль электронной промышленности.

Настоящая работа посвящена теоретическому исследованию различных свойств антиферромагнетиков простейшей структуры, состоящих из двух одинаковых магнитных подрешеток. В отсутствие стороннего магнитного поля сумма плотностей магнитных моментов подрешеток обращается в нуль, при наличии же стороннего поля эта сумма отлична от нуля, и возникает макроскопический магнитный момент антиферромагнетика. Такое представление об антиферромагнетике, как совокупности нескольких намагниченных подрешеток, хорошо согласуется с экспериментальными данными о тепловых и магнитных свойствах антифёрромагнети-ков, а также с результатами нейтронографии антиферромагнетиков.

Для определения энергетического спектра антиферромагнетика необходимо в том или ином виде решать механическую (классическую или квантовую) задачу о собственных колебаниях рассматриваемой системы спинов. При феноменологическом подходе теория спиновых волн исходит из феноменологического гамильтониана, записанного из соображений инвариантности его членов по отношению к преобразованиям симметрии рассматриваемого кристалла, а также на основе уравнений электромагнитного поля Максвелла для данной магнитной среды. Основы феноменологической теории спиновых волн в ее классическом виде были заложены в работах Ландау и Лифшица. В дальнейшем он применялся многими авторами для описания разнообразных свойств магнетиков различного типа магнитного упорядочения (ферро-, ферри- и антиферромагнитного) .

Цель данной работы состоит в исследовании тонких магнитных свойств спектра низкочастотных возбуждений одноосного двухподрешеточного антиферромагнетика типа " легкая ось" и вычислении законов дисперсии магнитных поляритонов.

Актуальность поставленных задач обусловлена существованием целого ряда невыясненных вопросов, касающихся динамических свойств антиферромагнетиков и возможности их применения в различных радиотехнических устройствах. Выясненная связь вида спектра с конкретными параметрами системы может позво-

лить создавать структуры с заранее заданными магнитными свойствами.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Вычислены компоненты тензора магнитной проницаемости антиферромагнетика типа "легкая ось¹' с учетом как обменного, так и релятивистских взаимодействий при различных значениях внешнего постоянного однородного магнитного поля.

2. Исследованы законы дисперсии объемных и поверхностных резонансных магнитных поляритонов и найдена их область существования.

3. Для антиферромагнетиков с голдстоуновской ветвью в спек
тре получены дисперсионные уравнения магнитных поляритонов в
различных геометриях. Показано, что наличие пространственной
дисперсии приводит к анизотропии в базисной плоскости.

4. Выведено и исследовано дисперсионное уравнение для по
верхностных поляритонов и магнитостатпческпх волн. Показано,
что для поверхностных волн учет пространственной дисперсии
приводит к необходимости формулировки дополнительных гра
ничных условий.

5. Исследованы общие свойства поверхностных колебаний в ан
тиферромагнитной пластине.

Основные результаты диссертации, которые выносятся на

защиту, молено сформулировать следующим образом:

3. Теоретически исследован спектр низкочастотных возбуждений в одноосном двухподрешеточном антиферромагнетике типа "легкая ось'\ помещенном в постоянное магнитное поле. Получены законы дисперсии объемного магнитного поляритона при различных значениях магнитного поля.

4. Рассмотрен экзотический случай совпадения характерных частот диэлектрической и магнитной проницаемостей. Найдена область существования резонансных поляритонов.

3. Вычислены компоненты тензора магнитной проницаемо
сти двухподрешеточного антиферромагнетика, имеющего в своем
спектре магнонов голдстоуновские ветви. Используя этот тензор,
получены законы дисперсии магнитного поляритона в различных
геометриях и в большом интервале полей. Доказано существова
ния точного продольного поляритона.

4. Рассмотрен эффект перенормировки щели спектра спиновых волн под влиянием магнито-дипольного взаимодействия.

5. Исследованы особенности распространения электромагнитных волн вдоль поверхности антиферромагнетика во внешнем магнитном поле. Показано, что наличие недиагональных компонент тензора магнитной проницаемости приводит к невзаимности поверхностной волны.

6. Решена пространственно-неоднородная задача о возбужде
нии электромагнитной волны в полупространстве, занятом анти-

ферромагнетиком.

7. Проанализирован спектр электромагнитных колебаний антиферромагнитной пластины, намагниченной параллельно ее поверхностям. В квазистатическом пределе получено аналитическое выражение для частоты поверхностной волны.

Апробация работы

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на: XXII и XXIII Семинаре по спиновым волнам, ФТИ им. Иоффе, С.-Петербург, 1994 и 1996 г.; XV Всероссийской конференции "Новые магнитные материалы микроэлектроники", Москва, 1996 г.; "Russian-Japanese joint seminar of Intelligent Materials and their Applications" (PMIMA), Moscow, 1996; а также на семинарах кафедры магнетизма Московского Государственного Университета им. М.В.Ломоносова, Института Физических Проблем им. П.Л.Капицы и Лаборатории теоретической физики ОИЯИ (Дубна).

Публикации Основное содержание диссертации изложено в 5 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Полный объем работы - 94 страницы машинописного текста, включая 17 рисунков, 2 таблицы и библиография из 88 наименований.