Коллективные взаимодействия в упорядоченных системах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.02 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1.

ЯДЕРНЫЕ СПИНОВЫЕ ВОЛНЫ В АНТИФЕРРОМАГНЕТИКЕ В «СПИН

ФЛИП» ФАЗЕ.

§1. Взаимодействие электронной и ядерной спиновых систем в магнитном поле.

§2. Динамические свойства электронной и ядерной спиновых систем антиферромагнетика в сильных магнитных полях.

§4. Гамильтониан взаимодействия магнитной и упругой систем кубического антиферромагнетика.

ГЛАВА 2.

ЛОКАЛЬНЫЕ СОСТОЯНИЯ В КРИСТАЛЛАХ С ДЕФЕКТАМИ».

§1. Коллективные возбуждения в ферромагнитных системах.

§2. Связанные состояния двух магнонов. Уравнение Шредингера для связанных состояний двух магнонов.

§3. Локальные уровни двух магнонов при наличии дефекта.

§4. Двухмагнонные состояния на дислокации.

ГЛАВА 3.

КОЛЛЕКТИВНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В МАГНИТНЫХ СИСТЕМАХ».

§1. Спиновая система.

§2, Спин-фононная система.

§3. Электрон-спин-фононная система.

Реальные магнетики всегда содержат дефекты кристаллической структуры. Наиболее важным из них в силу дальнодействующего характера вызываемых искажений решетки являются линейные или плоскостные дефекты - дислокации. Имеющиеся исследования влияния кристаллических дефектов на релаксационные и кинетические процессы в упругой и электронной спиновой системах, а также воздействие указанных систем на. дислокации относятся к условиям, когда магнйтоупругая связь мала. Взаимодействие ядерной спиновой системы с дислокациями в магнитоупорядоченных кристаллах вообще изучено крайне мало.

В данной диссертации изучается влияние дефектов кристаллической решетки на релаксационные и кинетические явления в упругой электронной и ядерной спиновых системах с учетом обменного усиления магнитоупругого и сверхтонкого взаимодействия.

В первой главе рассмотрено взаимодействие упругих колебаний с дислокационными деформациями через магнитную систему, которая вносит в свою очередь в упругую систему эффективный ангормонизм.

Впервые в условиях сильной магнитоупорной связи учтена пространственная неоднородность распределения равновесной намагниченности антиферромагнитной системы, содержащий дефект, что позволило учесть вклад магнитной системы в нелинейные взаимодействия квазизвуковых волн с дефектом в кристалле.

В диссертации рассмотрена релаксация магнонов, обусловленная магнон-магнонными, магнон-фононными и магнон-дислокационными процессами в кубической антиферромагнитной системе. Показано, что роль дислокаций в затухание спиновых волн является определяющей у при плотности дислокаций n > 10 см" .

Показано, что наличие сильной динамической связи между электронной и ядерной спиновыми системами приводит к возникновению новых коллективных возбуждений - ядерных спиновых волн.

Получен спектр связанных колебаний электронных и ядерных спиновых систем.

Также в первой главе рассматривается взаимодействие системы электронных спинов с системой ядерных спинов в антиферромагнетиках типа «легкая плоскость» в случае опрокидывания спина (спин-флип фаза), что является весьма важным для изучения термодинамических и кинетических свойств ядерных систем. В главе исследованы равновесные конфигурации электронных и ядерных намагниченностей. Найдена связь электронной и ядерной спиновых систем с упругими полями, создаваемыми дефектами в кристалле.

Кроме того, в первой главе рассматриваются связанные колебания электронной и ядерной систем в антиферромагнетике типа «легкая плоскость» в сильных магнитных полях. На основе «u-v»-преобразования Боголюбова найден спектр этих колебаний и найдена новая мода е2к коллективных колебаний в антиферромагнетике. Найден динамический сдвиг частоты ядерного магнитного резонанса, связанный с этой модой. Также изучается релаксация ядерной «спин-флип» моды обусловленная сверхтонким взаимодействием. Исследована область параметров con2« g>noWa , для которой выполнено условие Q2nk« S2k-Показано, что для ядерных спиновых волн с волновым вектором к~ 105 см'1 основным является рассеяние на тепловых флуктуациях продольного компонента ядерных спинов. Определены гамильтонианы взаимодействий, отвечающие трех- и четырехчастичным магнон-магнонным и магнон-фононным процессам, а также процессам рассеяния магнонов на неоднородных деформациях. Вычислены вклады от перечисленных взаимодействий в декременте затухания магнонов обеих ветвей спектра кубического антиферромагнетика.

Вторая глава посвящена исследованию локализованных колебаний спиновой системы в кристаллах с линейными дефектами и возникновению связанных двухмагнонных состояний на дислокациях.

Во второй главе на основе модифицированного гамильтониана Гейзенберга исследована возможность возникновения состояний двух магнонов, локализованных на дефекте (дислокации) в ферромагнитном кристалле. Рассматриваются локальные и квазилокальные магнонные состояния и находятся параметры, при которых происходит их разделение.

Рассматривается ферромагнитный кристалл, содержащий линейный дефект (дислокацию) и исследуется возможность двухмагнонных состояний при определенных параметрах обменных взаимодействий. Найдено, что такие состояния существуют при величине £ < -0,41.

В третьей главе диссертации рассматривается спиновая система, находится спектр спиновых флуктуаций в отсутствии внешнего магнитного поля, находится ветвь колебаний при ненулевом внешнем магнитном поле в области волновых векторов k<kc. Вычисляется полная неравновесная намагниченность, определяются компоненты тензора динамической магнитной восприимчивости, на основе полученных результатов определяется величина z-компоненты плотности тока намагниченности, связанного со спиновыми колебаниями. Далее рассматривается взаимодействие фононов и спиновых флуктуаций обменной природы, находятся параметр спин-фононной связи и частоты связанных спин-фононных колебаний.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

1. В диссертационной работе исследованы равновесные конфигурации электронных и ядерных намагниченностей. Найдена связь электронной и ядерной спиновых систем с упругими полями, создаваемыми дефектами в кристалле.

2. На основе «и-v» - преобразования Боголюбова найден спектр связанных колебаний электронной и ядерных систем в антиферромагнетике типа «легкая плоскость» в сильных магнитных полях и найдена новая мода е2к.коллективных колебаний в антиферромагнетике.

3. Изучена релаксация ядерной «спин-флип» моды обусловленная сверхтонким взаимодействием. Исследована область параметров con2 « cono^a > Для которой выполнено условие П2пк « б2к. Показано, что для ядерных спиновых волн с волновыми вектором к~ 105 см'1 основным является рассеяние на тепловых флуктуациях продольного компонента ядерных спинов.

4. Исследована возможность двухмагнонных состояний в ферромагнитном кристалле, содержащем линейный дефект (дислокацию), при определенных параметрах обменных взаимодействий. Найдено, что такие состояния существуют при величине £<-0,41.

1. Н.Н. Боголюбов, В.В. Толмачев, Д.В. Ширков //Новый метод в теории сверхпроводимости, Москва, 1958.

2. Anderson F.B., Callen Н.В., Phys. Rev. 1964, v. 136A, p. 1068-1087

3. Magnetizm, v. 4, NY-London, Academic Press, 1966, p. 407.

4. Ubbink J., Physics, 1953, v. 19, p. 9-25.

5. Ожогии В.И., Преображенский В.Л., Савченко M.A., Стефанович А.В., ЖЭТФ, 1976, v. 71, № 2, с. 816-819.

6. Reimann Н., Hagen Н., Waldner F., Arend H., Phys. Rev. Jett, 1978, v. 2/0, №20, p. 1344-1347.

7. A.M. Савченко, Б.И. Садовников, В.Л. Марченко //Вестник МГУ, № 6, стр. 68-70, 2003 г.

8. Ninio F., Keffer F., Phys. Rev., v. 165, № 2, p. 735-750.

9. А.И. Ахиезер, В.Г. Барьяхтар, C.B. Пелетминский // Спиновые волны, Москва, 1967 г.

10. A.M. Савченко, Б.И. Садовников, В.Л. Марченко //Вестник МГУ, № 6, 2004 г.

11. Е.Р. Алабердин, A.M. Савченко, М.Б. Садовникова //ТМФ, т. 120, № 1, стр. 144-167, 1999 г.

12. А.М. Савченко, М.Б. Садовникова //Вестник МГУ, № 6, стр. 32-34, 1999 г.

13. B.I. Sadovnikov, F.M. Savchenko // Physica A, v. 271, p. 411-417, 1999.

14. M.B. Sadovnikova, A.M. Savchenko, G. Scarpetta //Physics Letters A, v. 274, pp. 236-238, 2000.

15. Л.В. Жуковская, A.M. Савченко, М.Б. Садовникова//ТМФ, т. 138, № 1, стр. 139-143,2004 г.

16. И.М. Лифшиц, ДАН СССР, т. 48, стр. 83, 1945 г.

17. Т. Wolfram, J. Callaway, Phys. Rew., v. 130, p. 2207, 1963.

18. Ю.А. Изюмов, M.B. Медведков, ЖЭТФ, т. 48, 1965 г., стр. 574, 1723.

19. М.А. Савченко, В.В. Тарасенко // Тезисы докладов на 14 Всесоюзном совещании по физике низких температур, Харьков, 1967.

20. V. Manko, B.I. Sadovnikov, A.M. Savchenko // Physica A, v. 343, p. 393-400, 2004.

21. Б.Н. Филиппов, ЖЭТФ, т. 55, стр. 208, 1968 г.

22. Т. Oguchi, J. Ono // J. Phys. Soc., Japan, v. 26, p. 32, 1969.

23. F.J.Dyson, Phys. Rev.,v. 102, p. 1217, 1956.

24. M. Words, Phys. Rev., v. 132, p. 85, 1963.

25. R. Silberglitt, A.B. Harris, Phys. Rev., v. 174, p. 640, 1968.

26. R. Boyd, J. Callaway, Phys. Rev., v. 138, p. 1621, 1965.