Введение к работе
Актуальность темы. В последние несколько десятилетий интенсивно изучаются свойства сверхпроводников во внешнем магнитном поле. Важность этих исследований определяется не только практической, прикладной стороной Ссоздание сверхсильных магнитов, сквидов, различного рода радиотехнических приборов и т.д.), но и фундаментальным значением в понимании самого явления сверхпроводимости. С момента открытия высокотемпературных сверхпроводников СВТСПЗ С13 значение этих исследований многократно увеличилось С 23, поскольку новые материалы, обладающие высокотемпературной сверхпроводимостью, проявляют принципиально новые свойства, не присущие низкотемпературным сверхпроводникам. В ВТСП вихревая структура магнитного потока, во внешнем магнитном поле имеет, в отличие от низкотемпературных сверхпроводников, большое разнообразие, вызванное тем, что кроме пиннинга вихрей, который был, по-существу, единственной причиной, нарушающей ближний порядок в решетке вихрей Абрикосова [33, в ВТСП вследствие малой С < 20 A3 длины когерентности и достаточно высокой температуры сверхпроводящего перехода Тс возможны тепловые Флуктуации вихрей. Полученные многочисленные экспериментальные сведения о структурах магнитного потока в ВТСП разнообразны С жидкая Фаза вихрей, разрыв вихрей на "pancakes", стеклообразная Фаза, гексагональная вихревая решетка, цепочки вихрей. анизотропные решетки вихрей, овальные структуры) и часто противоречивы Сем., например, обзор С43 3. В связи с этим становится актуальным поиск новых методов исследования структур магнитного потока в ВТСП. в частности - ближнего и дальнего порядка решетки вихрей Абрикосова, причем, - и это особенно важно для ВТСП. - в широком интервале температуры и внешнего магнитного поля. Перспективными в этом отношении могут оказаться методы, основанные на резонансном взаимодействии с вихревой структурой магнитостатических и спиновых волн в контактах сверхпроводник - Ферромагнетик, антиферромагнетик, парамагнетик. На участках контакта, на которых имеется ближний порядок вихревой структуры ВТСП, возможно параметрическое взаимо-
действие магнитостатических волн и геометрический спин-волновой резонанс, если волновой вектор магнитостатической волны, сопровождающей спиновую волну, окажется равным одному из обратных векторов решетки вихрей Абрикосова. В данной диссертационной работе строится теория параметрического взаимодействия магнитостатических волн и спин-волнового резонанса на поверхности сверхпроводников II рода. Актуальность построения такой теории дополняется еще и тем, что она лежит в общем русле теоретических исследований параметрических процессов в нелинейных средах. В последнее время интенсивно изучается возможность управления параметрическими процессами в нелинейной среде путем наложения на нее внешних полей С электрических, магнитных, упругих} С 5] и, .в частности, управления лежащим в основе многочисленных проявлений различного рода явления эхо обращением волнового фронта. В диссертацию включены также результаты теоретического расчета основных параметров магнитного резонанса на ядрах ионов ван-флековского типа, поскольку магнитный резонанс на ядрах этих ионов в последнее время с успехом используется для исследования металлооксидных сверхпроводников [63.
Цель работы состояла в следующем:
15 Построение теории возбуждения и детектирования магнитостатических волн на поверхности сверхпроводника II рода.
23 Оценка порядка величины и ширины зоны граничных токов, возникающих при параметрическом взаимодействии магнитостатических волн с вихревой решеткой сверхпроводника.
33 Построение теории спин-волнового резонанса в контактах сверхпроводника II рода с ферромагнитной пленкой и антиферромагнетиком и теории возбуждения и детектирования гиперзвука в системе сверхпроводник II рода - парамагнетик.
43 Построение теории обратимого и необратимого разрушения фазовой памяти поляризационного эха в нелинейных пьезоэлектриках.
53 Оценка порога возбуждения магнитоакустического эха и параметрического усиления гиперзвука в концентрированных парамагнетиках. . 63 Определение параметров промежуточного электронно-ядерного
резонанса ионов ван-Флековского типа в невырожденных полупроводниках, нормальных и сверхпроводящих интернеталлических соединениях. ?Э Изучение влияния "нагрева" электронных спинов на релаксацию ядер в концентрированных парамагнетиках.
Научная новизна работы определяется теп, что в ней впервые:
- показано, что на поверхности сверхпроводника II рода С
X >>1, X. - параметр Гинзбурга-Ландау) во внешнем магнитном
поле Н , направленном по нормали к поверхности сверхпроводника, возможно параметрическое взаимодействие магнитостатических волн с вихревой структурой сверхпроводника, в результате которого переменное однородное магнитное поле частоты СО индуцирует неоднородную магнитостатическую волну с длиной волны, равной расстоянию d между слоями вихревой структуры сверхпроводника, и наоборот, неоднородная магнитостатическая волна с длиной волны, равной d, индуцирует однородное переменное магнитное поле частоты U) ;
определены порядок величины и ширина зоны краевых токов, возникающих при параметрическом взаимодействии магнитостатических волн на поверхности сверхпроводника II рода;
на основе совместного решения нестационарных уравнений сверхпроводимости, уравнений движения для намагниченности Ландау- ЛиФшица и уравнений магнитостатики получены формулы для амплитуд спин-волновых мод спиновых волн, возбуждаемых в контактах сверхпроводник II рода - Ферромагнитная пленка и сверхпроводник II рода - антиферромагнетик во внешнем магнитном переменном поле частоты СО ;
определены параметры спин-волнового резонанса С интенсивность, положение и ширина резонансных пиков как функции внешнего магнитного поля Н ) в контактах сверхпроводника II рода с Ферромагнитной пленкой и антиферромагнетиком; показано, в частности, что ширина резонансных пиков определяется линейными размерами областей поверхности сверхпроводника, на которых наблюдается ближний порядок вихревой структуры; показано, что по
положению, числу резонансных пиков и их относительной интенсивности можно судить о симметрии ближнего порядка вихревой СТРУКТУРЫ сверхпроводника;
показано, что контакт сверхпроводника II рода с концентрированный парамагнетиком может быть использован для детектирования и возбуждения поверхностной гиперзвуковой волны Рэлея на частотах ~^ 10-50 ГГц;
используя приближение медленно меняющихся амплитуд, получены уравнения для амплитуд прямой и обратной гиперзвуковых волн в нелинейном пьезоэлектрике при условии, что на образец действуют либо импульсы постоянного электрического поля, либо в образце возбуждается стоячая ультразвуковая волна; показано, что в этих условиях возможно эффективное управление Фазовой памятью поляризационного эха СПЭ). возможны обратимое и необратимое разрушение Фазовой памяти ПЗ;
получены Формулы, описывающие модуляцию сигнала ПЗ внешними импульсами электрического поля и ультразвуковой волны; показано, что по глубине модуляции можно определять константы нелинейной упругости и нелинейного пьезоэффекта в пьезо- и сегне-то-^лектрических кристаллах;
показано, что в концентрированных редкоземельных парамагнетиках в сильном внешнем магнитном поле — 50 кЭ возможны параметрическое усиление гиперзвука и магнитоакустическое эхо;
определены спектр и Форма линии магнитного резонанса в нормальных металлах, полупроводниках и сверхпроводниках с парамагнитными центрами ван-Флековского типа;
используя метод неравновесного статистического оператора Я. Н. Зубарева, изучено влияние "нагрева" электронных спинов на релаксацию ядер в концентрированных парамагнетиках.
Практическая ценность работы заключается в том. что;
во-первых, разработанная в ней теория спин-волнового резонанса в контактах сверхпроводника II рода с Ферромагнитной пленкой, антиферромагнетиком. Ферритом, редкоземельным парамагнетиком определяет основу метода диагностики вихрєеой структурі ры сверхпроводиксв II рода, и прежде всего - ВТСП. в широкой
области температуры Сот сверхнизких до Тс) и внешнего магнитного поля Н (Н„ < Н" < Н, , Н, - - первое и второе критичес-кие поля);
во-вторых, ряд основных, полученных в работе результатов, имеет подтверждение в экспериментах Снапример, модуляция сигналов ПЭ электрическими и упругими полями; определение константы обменного взаимодействия в Рг — металле примеси Gd, увеличение скорости продольной релаксации протонов в концентрированных парамагнетиках при сверхнизких температурах и т. д. )
в-третьих, некоторые результаты имеют прикладное значение; например, - определение компонент тензора упругой нелинейности Ссзэ методом модуляции сигнала ПЗ в нелинейных пьезо- и сегнето-электриках; в отличие от традиционных методов, дающих возможность определения усредненных по всему объему образца значений С<3' с точностью до порядка величины, метод модуляции сигнала ПЗ позволяет определять С<3:> на различных участках кристалла, причем точность метода определения Ссз> значительно повышается.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на семинарах каФедры теоретической Физики КГУ С Казань); XX и XXVI Международных Амперовских конгрессах С Таллинн, 1978; Афины, 1992), на XXI, XXVI, XXIX Совещаниях по Физике низких температур (Харьков, 1980; Донецк, 1990; Казань, 1992), на Международной конференции по кристаллическим полям и структурным эффектам f-электронной системы С Вроцлав, 1981), на VIII и XII Всесоюзных школах по магнитному резонансу ССлавяногорск, 1981, Кунгур, 1991), на Всесоюзной конференции по магнитному резонансу в конденсированных средах (Физические аспекты) С Казань, 1984), на выездной сессии секции акустозлектроники и физической акустики твердого тела Научного Совета АН СССР (Казань, 1987), на XVIII Всесоюзной конференции по Физике магнитных явлений (Калинин, 1988), на XII Всесоюзной конференции по Физике сегнетоэлектриков СВКС-12, Ростов-на-Дону, 1989), на XIV Всесоюзной конференции по акустоэлектронике и Физической акустике (Кишинев, 1989), на Сиппозиупе пг магнитному резонансу KP-9J,
- в -
посвященномО 80-летию со дня рождения С.А. Альтшудера СКазань, 1991), на семинарах "Пиннинг и резистивное состояние .в сверхпроводниках", проводимых Советом по Физике низких температур АН СССР ИФТТ АН СССР СПИРС-87, ПИРС-89. ПИРС-91, г. Черноголовка) , на итоговых научных конференциях КГУ и КФТИ РАН Сг. Казань).
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 35 научных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы. Она содержит 226 страниц машинописного текста, включая 7 рисунков. Список литературы включает 245 наименований.
