Введение к работе
Актуальность проблемы
Развитие физических исследований новых магнитных материалов, широкое использование их в современной электронике, оптоэлек-тронмке, технике, а также необходимость синтеза новых магнитных соединений с заданными магнитными свойствами и характеристиками требуют развития теории магнитных соединений и соадания таких количественных моделей, которые надёжно объясняют и предсказывают их свойства в разнообразных температурных и полевых условиях с единой точки зрения. Существующие в настоящее время теоретические работы, описывающие свойства двухподре-шёточных ферримагнетиков, дают качественное описание их свойств, или, в лучшем случае, количественный анализ отдельных характеристик. Ценность этих работ в том, что они позволяют сделать следующий шаг в развитии теории магнитных соединений.
В диссертации на основе приближения анизотропного молекулярного поля (АМП) развита теория количественного описания магнитных и термодинамических свойств по большому набору наблюдаемых и скрытых параметров для двухподрешёточных ферримагнетиков. Предлагаемая система уравнений АМП, метод их численного и аналитического решения позволяет не только объяснять наблюда-. емые явления в магнетиках, но и предсказывать их поведение при изменяющихся внешних воздействиях. Это является актуальной задачей как с точки зрения фундаментальной теории магнитных явлений, так и с точки зрения практического применения сложных магнитных соединений. Кроме этого актуальность проблемы подчёркивается тем фактом, что за последнее десятилетие на-
копилось большое количество экспериментальных данных, треб^ щих численной интерпретации. ІІель и задачи работы
1. Создание системы уравнений АМП для анизотропного двухпод
шёточного ферримагнетика, определение параметров порядка, г
ничных условий и алгоритма решения уравнений.
-
Постановка вычислительных экспериментов, описывающих v. нитные свойства кубического ферримагнетика - иттриевого фер та-граната YgFegO^ (YIG).
-
Объяснение и предсказание оптических свойств иттриевого ф рита-граната.
-
Создание количественной теории магнитных свойств замещённ YIG, объяснение и предсказание характеристик YgFes-xFej-yOi
Методы исследования
-
Анализ возможных решений уравнений АМП с помощью каче венных, симметрийных и термодинамических соотношений, ВЬІІ правильной области существования параметров порядка .намал ченностеи подрешёток, численное решение задачи на ЭВМ, мате] тическое обоснование результатов расчётов. Проведение расчётов намагниченности, теплоёмкости, энтропии и других характерне; YIG. Сопоставление с экспериментом, предсказание того или ин возможного экспериментального результата.
-
Нахождение параметров кристаллического поля (КП) в мод( точечных зарядов (МТЗ), определение матричных элементов one тора кристаллического поля, диагонализация матрицы КП, соп тавление расчётных значений полос поглощения оптического сп тра с экспериментальными данными.
Научная новизна
Впервые сформулирована система уравнений анизотропного молекулярного поля для двухлодрешёточного магнетика с произвольными значениями внутриподрешёточного и межлодрешёточлого обменных интегралов с произвольной формой оператора одаоионном анизотропии. Основополагающим принципом поиска параметров порядка в равновесном состоянии является прямой поиск минимума свободной энергии приведённых намагниченностей подрешёток <3\ и 02 в шестимерном конфигурационном пространстве. При этом уравнения молекулярного поля, типа уравнения Вейсса, являются необходимым условием экстремума и играют вспомогательную роль. Впервые количественно объяснены и проанализированы такие свойства кубического иттриевого феррита-граната в приближении АМП как: температурные зависимости спонтанной намагниченности подрешёток, магнитной восприимчивости, констант анизотропии, магнитной теплоёмкости, магнитокалорического эффекта. Впервые установлено, что учёт анизотропии существенным образом изменяет вид фазовой диаграммы магнитное поле-температура и приводит к существованию неколлинеарной фазы в парамагнитной области. Впервые объяснены магнитные свойства замещённого YIG в приближении АМП. Впервые проведён анализ оптического спектра УзРе50і2 с учётом локальных искажений кристаллической решётки методом прямой диагонализации матрицы кристаллического поля. Впервые в модели точечных зарядов показано, что электромагнитооптический эффект квадратичен по полю.
Практическая ценность работы 1. Создана микроскопическая модель для расчёта магнитных характеристик двухподрешёточных ферримагнетиков, .учитывающая как
обменные взаимодействия, так и взаимодействия кристаллическое поля, записанного в общем виде.
-
Определены величины обменных взаимодействий в ферримаг нетике Y^Fe^O^^ что позволяет "просчитывать" и моделироваті магнитные свойства в замещённых YIG, используемых для получе ния магнитных материалов.
-
Создана расчётная модель элементарной ячейки YIG, что даё возможность определения параметров кристаллического поля с уче том дальнего порядка структурных единиц и дальнейшего развита; теории обменных взаимодействий в кристаллах.
-
Получена новая классификация полос поглощения оптичёскоп спектра YIG, устраняющая противоречия теоретических подходов і предыдущих работах.
Автор защищает:
-
Постановку задачи, выбор приближения, вывод системы уравне ний анизотропного молекулярного поля двухподрешёточного фер римагнетика.
-
Исследование свойств YaFegO^ методом численного моделирова ния и их объяснение в приближении АМП: температурные и полевые зависимости намагниченностей, восприимчивостей подрешёток, г также констант анизотропии, фазовой диаграммы, магнитокало-рического эффекта, магнитной теплоёмкости, эффект Фарадея.
-
Развитие количественной теории магнитных свойств двухподре щёточного замещённого иттриевого феррита-граната YGalG н; основе приближения АМП.
-
Анализ оптического спектра YIG с учётом локальных искажениі кристаллической решётки.
Структура и объём, -работы
иссертация изложена на 115 страницах машинописного текста »ключая 20 рисунков, 12 таблиц и список литературы, содержащим 8 ссылок на публикации отечественных и зарубежных авторов) и остоит из введения, трёх глав и заключения.
