Связанные колебания в неоднородных магнитоупорядоченных кристаллах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РГб од 2 а ШОП 1933

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР АН УКРАИНЫ

На правах рукописи

Г АНН Владимир Васильевич

УДК.548.571

СВЯЗАННЫЕ КОЛЕБАНИЯ В НЕОДНОРОДНЫХ МАГНИТОУПОРЯДОЧЕННЫХ КРИСТАЛЛАХ

Специальность 01.04.07 - физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Харьков-1993

Работа выполнена в Харьковском физико-техническом институте.

Научный консультант: академик АН Украины Барьяхтар В.Г.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Бакай A.C. доктор физико-математических наук, профессор Зароченцев Б.В. доктор физико-математических наук, профессор Нацик В.Д.

Ведущая организация: Институт металлофизики АН Украины.

Защита состоится 1993 г. в ^^часов

иа заседании Специализированного Совета Д.016.27.01 при ФТИНТ АН Украины по адресу : 310164, г.Харьков, пр. Ленина, 47.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФТИНТ АН Украины.

Автореферат разослан "_"_1993 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета кандидат физико-математических наук

/ Е.Н.Хацько

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Изучение свойств реальных магнитоупо-рядоченных кристаллов является актуальной задачей современной физики твердого тела, так на практике приходится иметь дело с магнетиками конкретной формы и конечных размеров, содержащими как обычные дефекты кристаллической структуры - примеси, дислокации, границы раздела, так и специфические неоднородности в магнитной подсистеме - магнитные примеси, дислокации намагниченности, доменные границы, неоднородности магнитных параметров материала. Неоднородность в магнитной подсистеме может быть обусловлена неоднородностью внешнего постоянного магнитного поля, а также может возникнуть под действием неоднородных полей упругих напряжений. Изучение статических свойств реального магнетика сводится к нахождению распределения намагниченности в образце. Динамические свойства реальных магнитоупорядоченных кристаллов описываются в терминах спиновых волн - специфических возмущений, распространяющихся в магнитной подсистеме. Известно, что спиновые волны могут взаимодействовать со звуковыми и электромагнитными волнами, с пучками частиц, создающих магнитные поля, могут рассеиваться на примесях, дислокациях и других дефектах кристалла, а также образовывать локализованные связанные состояния при наличии неоднородностей в магнитной подсистеме.

Наличие в реальном магнетике целого ряда взаимодействующих колебательных подсистем приводит к тому, что при выполнений условий резонанса колебаний, а именно, в области переселения:'ветвей спектра этих колебаний возникают связанные колебания, которые обладают весьма интересными физическими свойствами и находят практическое применение. Так в области пересечения ветвей спектра спиновых и звуковых волн возникают связанные магнитоупругие волны, а при наличии неоднородного магнитного поля в резонансной области происходит трансформация спиновых волн в звуковые и наоборот; взаимодействие стоя-

3

чих спиновых волн и магнитостатических колебаний в ограниченных ферромагнетиках приводит к появлению связанных магнито-обменных волн; связанные колебания возникают в решетках цилиндрических магнитных доменов при совпадении частоты и волнового вектора волн смещений и пульсации цилиндрических доменов; при совпадении частоты звуковой волны: с частотой: ква-зшгакальных магнитных колебаний в ферромагнетике с примесями также возникают связанные колебания, которые проявляются в изменении скорости звука и резонансном поглощении звука.

Таким образом, развитие теории связанных колебаний в маг-нитоупорядоченных кристаллах с учетом таких пеоднородностей, как границы образца, неоднородность постоянного магнитного поля, магнитные домены п примеси - является актуальной задачей, решение которой имеет важное практическое значение, так как наличие в магнетиках различного типа неоднородных колебаний обусловило их широкое применение в технике СВЧ и обеспечивает новые возможности использования магнетиков в устройствах вычислительной техники.

Цел ь ю. да5<ш4_яв лялось теоретическое исследование связанных колебаний в магнитоупорядоченных кристаллах, содержащих неоднородности структуры и магнитных характеристик.

Объектом исследования служили ферро- и аптиферро-магнетики. При этом решались следующие задачи:

1. Построение динамической теории магшгшупругого взаимодействия в антиферромагнетиках.

2. Вычисление параметров магхштоупругой связи в зависимости от основного состояния антиферромагкетика для произвольного направления распространения связанных воле.

Е. Исследование влияния затухания на взаимную трансформацию магнитных и упругих волн в неоднородном: магнитном поле.

4. Исследование неоднородного резонанса в ферромагнитной пластинке с учетом взаимодействия между кагнитостатическими колебаниями и спиновыми волнами-

5. Развитие динамической теории устойчивости решеток цилиндрических магнитных доменов, исследование волн в таких решетках.

0. Расчет ширин локальных уровней в примесном ферромагнетике с учетом искажений волновых функций непрерывного спектра спиновых волн.

7. Изучение особенностей ферромагнитного и магнитоакусти-ческого резонанса в ферромагнетике с примесями.

Поставленные задачи решались с использованием как макроскопического, тате и квантового методов теории магнетизма. Численные расчеты выполнялись с применением ЭВМ М-220 а БЭСМ-6.

Научная новизна. В работе впервые сформулирована полная система уравнений динамической теории магннтоулругостл для антиферромагнетиков, учитывающая вращения элементов объема кристалла. Теоретически предсказан новый тип колебаний намагниченности в тошеой ферромагпнтной пластинке, получившей название магнитообменшш волны. Установлены границы устойчивости гексагональной решетки цилиндрических магнитных доменов, предсказан новый тип неустойчивости в. решетке с малой плотностью доменов, найден закон дисперсии волп смещений и пульсаций доменов в таких решетках. Предсказана возможность существования нлзколежащих локальных уровней в анизотропных ферромагнетиках с примесями. Получены аналитические выражения для ширин локальных уровней в ферромагнетиках с примесью замещения.

диссертации путем сравнения их с ранее известными предельными случаями, с результатами численных расчетов других авторов, а также обосновывались тем, что выводы теории нашли подтверждение в экспериментах а получили дальнейшее развитие в работах советских и зарубежных авторов.

Научное значение диссертационной работы связано с тем, что в ней выявлен ряд новых свойств связанных колебаний в маигато-

упорядоченных кристаллах и изучены волны в неоднородных магнитных структурах.

Практическая значимость. Полученные в работе результаты в области теории высокочастотных свойств магнитоупорядоченных веществ позволяют по-новому решать вопросы, связанные с созданием устройств, в которых используются магнитоупругие, магни-тостатические и магнитообменные волны (преобразователи частоты, управляемые линии задержки, гиперзвуковые генераторы), а также структуры, содержащие цилиндрические магнитные домены (запоминающие и логические устройства, системы хранения, преобразования и отображения информации).

Результата, выносимые на защиту;

1. Динамическая теория магнитоупругого взаимодействия в антиферромагнетиках, учитывающая вращения элементов объема кристалла.

2. Количественное описание зависимости параметров магн-итоупругой связи от направления распространения связанных магните упругих волн в антиферромагнетиках для ряда основных состояний магнитной подсистемы.

3. Предсказание возможности определения констант магнито-стрикции для антиферромагнетиков путем исследования угловых зависимостей параметров магнитоупругой связи в экспериментах по магнитоакустическому резонансу.

4. Положение о существенном влиянии затухания на характер поведения ветвей спектра связанных магнитоупругих волн в области магнитоакустического резонанса и на взаимную трансформацию магнитных и упругих волн в неоднородном магнитном поле.

5. Теоретическое предсказание нового типа колебаний намагниченности в тонкой ферромагнитной пластинке, названных впоследствии магнитообменными волнами.

6. Теория устойчивости решеток цилиндрических магнитных доменов с малой плотностью доменов.

7. Теория колебаний в решетке цилиндрических магнитных доменов.

8. Метод расчета ширин локальных уровней в примесном ферромагнетике с использованием базиса волновых функций непрерывного спектра спиновых возбуждений в кристалле с примесью.

9. Предсказание возможности существования низколежахцего локального уровня в анизотропном ферромагнетике со слабо связанной примесью.

10. Вывод дисперсионного уравнения для частот связанных магнитоупругих волн в ферромагнетике с примесями.

ДпроЯаттття рабп-гм. Результаты исследований, вошедшие в диссертацию, докладывались на Всесоюзных семинарах по 'резонансным явлениям в магнетиках (г. Ленинград, 1967,1972 гг.), на Всесоюзной конференции по магнетизму (г.Красноярск, 1971 г.), на Международной конференции по магнетизму (г. Москва, 1973 г.), на Советско-французском симпозиуме по физике низких температур (г. Гренобль, 1974 г.), на Зимней школе физиков-теоретиков (Коуровка-13, 1974 г.), а также на ряде конференций, совещаний и семинаров по физике низких температур, теории твердого тела и теории магнетизма.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, содержащего 113 литературных источников. Работа выполнена на 229 страницах, включая 37 иллюстраций.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во вЬедении дается краткий обзор теоретических и экспериментальных результатов, предшествовавших выполнению работ, представленных в диссертации, раскрыта актуальность темы, определены цели работы и круг рассматриваемых задач, сформулированы основные результаты диссертации и положения, выносимые на защиту.

В первой главе построена динамическая теория магнитоупру-гого взаимодействия в антиферромагнетиках, учитывающая вращения элементов объема кристалла.

В ранних работах по теории связанных магнитоупругнх волн энергия магнитострикционного взаимодействия строилась из компонент вектора намагниченности М и симметричного тензора г

1

деформаций = у

diij дUfr ]

——— . На примере ферромагнетика дхк дх, J

было показано, что магнитострикционная энергия определяется

dUj

тензором дисторции а не тензором деформаций, и что в

таком подходе удается обеспечить выполнение закона сохранения момента импульса системы, который является суммой орбитального и спинового моментов (Власов К.Б., ФММ, 1965, Т. 20, вып. 1, С. 3-11), (Tiersten Н., J. Math. Phys., 1965, V. 6, No. 5, Р. 779787). В связи с этим возникла необходимость пересмотра магнито-упругого взаимодействия в антиферромагнетиках.

В первой главе работы сформулирована полная система уравнений макроскопической теории магнитоупругнх процессов в ахггаферромагнетиках. В качестве динамических переменных выбраны магнитные моменты подрешеток, отнесенные к единице

массы антиферромагнетика fJ j и » вектор смещения II , векторы электрического и магнитного полей и энтропия единицы массы магнетика. Исходя из законов сохранении энергии, импульса и момента импульса получены выражения для эффективных магнитных полей, тензора натяжений, плотности потока энергии и релаксационных слагаемых в уравнениях движения. Тензор натяжений в антиферромагнетике оказывается, как и в случае ферромагнетика, несимметричным, причем антисимметричная часть тензора упругих натяжений оказывается связанной с энергией магнитной анизотропии, а антисимметричная часть тензора вяз

кпх патягкепш! - с релаксационными членами в уравнениях для магнитных моментов. Показано, что релаксационные процессы в магнитной подсистеме антиферромагнетика характеризуются не одной, а двумя константами релаксации.

Исходя из закона сохранения импульса и условия непре-рывпостп потока энергии через границу антиферромагнетика, с учетом движения самой границы, получены граничпые условия для магнитных моментов подрешеток и вектора смещения среды при наличии магнитоупругой связи.

Построено выражение для плотности энергии антиферромаг-

_ ^ „ , ди,

нетика как функции* (л^ ) ^ ^ ^ и ^^ . Для

обеспечения выполнения закона сохранения полного момента импульса эти переменные должны входить в выражение для плотности энергии в виде определенных комбинаций, ипвариантных относительно произвольных вращений аятиферромагнетпка как целого, вместе с магнитными моментами и полем упругих деформаций. Установлено, что для антиферромагнетика можно составить 30 независимых ипвариантных комбинаций. Получено выражение для плотности энергии одноосного аптиферромагнетика в случае тяалтдх неоднородностей намагниченности и малых деформаций. Развит эффективный метод построения плотности энергии для аптиферромагнитного кристалла с заданной симметрией, который сводится к формальной замене величин дМи дМг1

Ми, Мъ,-,- и % в выражениях для плотности

дхк дхк

энергии, хорошо известных в физике магнитоупорядоченных кристаллов, на соответствующие инвариантные комбинации

дх; дх.- (9/1,: дх, ди^дх* дх< дх, „

Мн-^Г-' Ми—— —м—~ > —~—- > —-—~ » гДе Ь1

-лангражевы координаты точки кристалла с текущими координатами X, •

Во второй главе исследованы связанные магнитоупругие волны в одноосных антиферромагнетиках в зависимости от основного состояния во внешнем магнитном ноле.

Рассмотрены условия равновесия антиферромагнетика во внешнем поле, показано, что тензор натяжений в состоянии равновесия принимает общепринятую симметричную форму. Исследованы малые колебания вблизи положения равновесия, получено дисперсионное уравнение для частот связанных магнитоупругих волн в антиферромагнетиках, которое содержит шесть параметров связи между звуковыми волнами трех возможных поляризаций и двумя ветвями спиновых волн, вычислены параметры магнито-упругой связи для произвольного направления распространения связанных волн в антиферромагнетиках типа "легкая ось" а "легкая плоскость". '

Параметры магнитоупругой связи имеют следующий вид:

= / (рс] » где М0 - намагниченность подрешеток,

р - плотность вещества, с5 - скорость звука, б - обменная постоянная; функция зависит от направления распространения и поляризации связанной волны, а также от величин магнито-стрикционных констант п констант магнитной анизотропии. Из вида выражений для параметров магнитоупругой связи следует, что в антиферромагнетиках типа "легкая плоскость" в слабом магнитном поле, параллельном этой плоскости, связь упругих волн с низкочастотной ветвью магнитных колебаний в 8 ~ 103 раз больше, чем магЕитоупругая связь в типичных ферромагнетиках. В отсутствие внешнего магнитного поля основное состояние антиферромагнетика типа "легкая плоскость" является вырожденным, при этом магнитоупругая связь в области малых к становится не малой, что приводит к существенной перестройке спектра колеба-

ний как в упругой ,так и в магнитной подсистемах (Туров ЕЛ., Шавров В.Г., УФН. 1983. Т. 140, вып. 3. С. 429- 462).

Последовательный учет магнитоупругого взаимодействия на основе закона сохранения момента импульса приводит к изменению угловых зависимостей параметров связи, обусловленному несимметричностью тензора натяжений. Порядок величины относительного изменения параметров связи определяется отношением константы магнитной анизотропии к константе магнитострикции.

Указана возможность определения значений магнитострикци-онных постоянных путем измерения угловых зависимостей параметров магнитоупругой связи в экспериментах по магнитоакусти-ческому резонансу в антиферромагнетиках.

На основе полученного дисперсионного уравнения исследовано поведение ветвей магнитоупругих колебаний вблизи частот магнитоакустического резонанса. В связи с задачей о возбуждении магнитоупругих волн на границе антифер'ромагнетика дисперсионное уравнение рассматривается как уравнение относительно величины волнового вектора связанной волны Ъ при заданном направлении ее распространения и при заданной вещественной частоте со . В области магнитоакустического резонанса, когда волновой вектор звуковой волны к5(со) совпадает с волновым вектором магнитной волны ка{а>) , поведение решений дисперсионного уравнения

ок2 - - Ис,к,)(к2 -к2а- 1кака) - к2^а = О существенно зависит от соотношения между величиной параметра магнитоупругого взаимодействия и значениями коэффициентов поглощения звуковых к5 и спиновых волн ка . В случае

сильной магнитоупругой связи > - ка)г происходит

расталкивание и перепутывание ветвей магнитоупругих колебаний

в области резонанса, в случае слабой связи 4£а < (к^ - ка)2 -ветви не перепутываются. Для случая слабой магнитоупругой свя-

зп получены выражения для коэффициента поглощения и относительного изменения скорости звука в области магнитоакустического резонанса, показано, что эти величины удовлетворяют соотношениям типа Крамерса-Кронига.

Решена задача о возбуждении магнитоупругих волн на границе антиферромагнетика типа "легкая плоскость" внешним звуком в той области частот, где продольный звук резонансным образом взаимодействует с низкочастотной ветвью спиновых волн. Резонансное значение амплитуды вынужденных колебаний намагниченности пропорционально 1/ в случае сильной связи и пропорционально 1/к в случае слабой связи.

Рассмотрено распространение связанных магнитоупругих волн в антнферромагыетпке, помещенном в неоднородное магнитное поле. Для ферромагнетика такая задача была решена ранее (Schlomann Е., Joseph R.J. - JAppl. Phys.,1964, v.35, £.2382), было показано, что в той области магнетика, где выполняются условия ферроакустического резонанса, вследствие перепутывания ветвей магнитоупругих колебаний происходит более или менее полное преобразование магнитных волн в упругие, и наоборот. При этом не учитывалось влияние затухания на рассматриваемый эффект. В диссертации получено решение уравнений для связанных волн в антиферромагнетике типа "легкая плоскость" для случая малых градиентов магнитного поля с учетом затухания спиновых волн. Рассмотрено возбуждение спиновой волны высокочастотным магнитным полем вблизи точки поворота спиновых волн и дальнейшее поведение ее в области магнитоакустического резонанса. Установлено, что затухание существенно влияет на трансформацию магнитных волн в упругие волны, трансформация оказывается возможной лишь в случае сильной магнитоупругой связи; вычислен коэффициент преобразования магнитной энергии в звуковую для этого случая.

В результате сопоставления вычисленных угловых зависимостей параметров магнитоупругой связи в антиферромагнетике типа "легкая плоскость" МпСОз с экспериментальными данными 12

(Гакель Р.В. - Письмо в ЖЭТФ, 1973, тп.17, с.75) установлено удовлетворительное согласие теории с экспериментом, определены значения двух комбинаций констант магнитострикцпи для МпСОз, получил экспериментальное подтверждение вывод о том, что в антиферромагнетиках магнптоупругая связь существенно больше чем в ферромагнетиках.

В третьей; главе исследованы неоднородные колебания намагниченности в ферромагнитной пластинке. Неоднородные колебания в пластинках достаточно большой толщины с\ » -1а , где а -постоянная неоднородного обменного взаимодействия, представляют собой безобменные магнитостатические колебания. Неоднородные колебания в тонких с1« -/а пленках представляют собой стоячие спиновые волны обменной природы. В третьей главе изучены неоднородные колебания намагниченности с учетом как магнито-дипольного, так и неоднородного обменного взаимодействия в том случае, когда оба этп вида взаимодействия существенны, а именно, для нормально намагниченной тонкой ферромагнитной пластинки, когда волновой вектор не ортогонален поверхности. В силу симметрии задачи существуют решения двух шиов -симметричные и антисимметричные. Уравнение для частот собственных колебаний симметричного типа имеет вид

касательная компонента волнового вектора; зависимость /с]г, /с22 > и Е от частоты со определяется соотношениями

■Щк^)}/{к1 -П(кI)]; к\ = кги + к\ ; к\ = к\2 + кг ;

здесь П(к) - спектр спиновых волн, а к^ и к2 - вещественные решения уравнения

П(к)[П(к) + 4 7cgMъ к\ ! кг] = о)2 .

Помимо решений, соответствующих известным частотам магнитостатических колебаний и стоячих спиновых волп, полученное дисперсионное уравнение содержит решения, соответствующие связанным обменно-дипольным колебаниям, частоты которых не совпадают с известными. В работе проанализирован

спектр частот колебаний нового типа, исследованы вынужденные колебания намагниченности в пластинке, помещенной во внешнее высокочастотное магнитное поле. Показано, что новые резонансные частоты можно наблюдать в тонких ферромагнитных пластинках, изготовленных из материала с достаточно узкой линией ферромагнитного резонанса: АН< М0 - а/(I1 . В заключение главы приведен краткий обзор последующих работ, в которых предсказанные колебания нового типа были экспериментально обнаружены, подробно исследованы и получили название магнитообмен-ных волн.

В четвертой главе развита теория колебаний решеток цилиндрических магнитных доменов. Периодические структуры цилиндрических магнитных доменов (ЦМД) наблюдаются в тонких монокристаллических пластинках и в эпитаксиальных пленках редкоземельных ортоферритов и ферритов-гранатов, обладающих достаточно большой перпендикулярной анизотропией. Обладая малыми размерами и высокой подвижностью, эти домены находят все большее применение в вычислительной технике.

В ранних работах по теории решеток цилиндрических доменов (РЦД) исследовались как статические свойства, так и волны в таких решетках. Однако результаты этих работ носили численный характер, а использованный в них метод не позволял исследовать вопросы устойчивости РЦД и особенности поведения волн в таких структурах. Поэтому в диссертации была развита аналитическая теория РЦД в приближении малой плотности доменов. В начале главы приведены известные результаты теории изолированного

ЦМД, затем вычислены частоты собственных колебаний СОп стенки ЦМД. Частота первой гармоники 0)\ равна нулю вследствие трансляционной инвариантности энергии ЦМД, частота <Х>2 обращается в нуль при значении поля Н, равном полю эллиптической неустойчивости Н2 , остальные частоты (йп возрастают с номером п почти по линейному закону.

В приближении малой плотности доменов развита теория термодинамически равновесных РЦД, получены простые аналитические выражения для параметров доменной структуры, показано, что минимальной энергией обладает решетка с гексагональным расположением доменов.

Определен интервал магнитных полей НС2 <Н< Нс, в котором РЦД является устойчивой относительно однородных деформаций решетки и искажений формы доменов. При Н — НС2 возникает эллиптическая неустойчивость доменов в решетке, а при Н —> Нс равновесная плотность доменов стремится к нулю по

закону (Нс-Н)т •

Рассмотрены также термодинамически метастабильные РЦ Д с заданной плотностью доменов О . Интервал полей Н2 < Н < Нк локальной устойчивости РЦД с фиксированной плотностью О ограничен полем эллиптической неустойчивости Н2 и полем

коллапса Нк , причем этот интервал оказывается шире соответствующей области устойчивости для изолированного ЦМД и сдвинут в область меньших полей на величину, пропорциональную . Показано хорошее согласие полученных аналитических выражений для параметров РЦД с результатами численных расчетов и с экспериментальными данными практически во всей области устойчивости РЦД.

При смещении отдельного цилиндрического домена в РЦД возникает возвращающая квазиупругая сила. В то же время ; доменная граница обладает эффективной массой, а движущийся домен - кинетической энергией. Таким образом, в РЦД, могут распространяться волны, аналогичные упругим волнам в кристал- „ лах, но связанные не со смещениями элементов объема среды, а с изменением локальной намагниченности. В четвертой главе исследованы малые колебания в гексагональной решетке цилиндрических доменов с фиксированной плотностью. В дипольном приближении получены выражения для частот связанных волн сме-

16

щеннй и пульсаций доменов во всей области волновых векторов fe, образующей зону Бриллюэна с максимальным волновым вектором

к.. = , где а - постоянная решетки доменов. В области малых За

k поперечные волны смещений доменов характеризуются простым линейным законом дисперсии, а продольные волны смещений оказываются связанными с волнами пульсаций, при этом частота волн пульсаций с ростом волнового вектора k уменьшается линейно, а не квадратично по k , как это было получено ранее {Sokolosky М., Тапака Т., AppLPhys., 1974, v. 45, р. 3091). Наличие связи между продольными волнами смещений и пульсациями доменов приводит к увеличению сжимаемости решетки и к уменьшению скорости продольной волны.

Анализ спектра частот колебаний РЦЦ в области больших к позволил полностью исследовать вопрос об устойчивости структуры РЦЦ относительно возмущений типа плоских волн. Установлено, что частота волн пульсации принимает минимальное значение на границе зоны Бриллюэна при к = кт . Это значение частоты уменьшается с ростом величины внешнего магнитного поля Н

и обращается в нуль прежде, чем Н достигает поля коллапса Нк. При этом развивается неустойчивость в РЦД типа волны пульсаций с волновым вектором кт , которая приводит к коллапсу каждого третьего ЦМД. Оставшиеся домены должны перестроиться в гексагональную решетку с меньшей плотностью НМД .Такая перестройка наблюдалась экспериментально (Барьяхтар В.Г., Горобец ЮЛ., Ильчишип О.В., Петров МЛ., ФТТ. 1977.rn.19, в.9. с. 18291830).

В пятой главе исследованы локализованные магнитные колебания в кубическом ферромагнетике с примесью замещения и рассмотрены явления, связанные со взаимодействием таких колебаний с объемными спиновыми, упругими и электромагнитными волнами.

Общие закономерности изменения энергетического спектра кристалла под влиянием локального возмущения были сформулированы И.М. Лифпгацем. Изучение спектра спиновых возбуждений в гейзенберговском ферромагнетике с примесью {Wolfram Т., Callaway J.,-Phys. Eev.,1963, v.130, p.2207) показало, что при определенных соотношениях между магнитными параметрами атомов примеси н матрицы выше спинволновой зоны появляются локальные уровни энергии, волновые функции этих состояний локализованы вблизи примесного атома. Внутри спинволновой зоны вблизи ее краев могут возникнуть узкие пики в плотности состояний, называемые квазилокальными уровнями. В случае слабо связанной примеси квазилокальный уровень располагается вблизи дна спинволновой зоны.

Проблема вычисления ширин локальных уровней, обусловленных энгармонизмом кристаллов, посвящен ряд работ (Map ад удин А Дефекты и колебательный спектр кристаллов. М.: Мир, 1968). Были получены общие формулы для затухания локальных колебаний, однако их сложность не позволяла выделить явные зависимости величины затухания от параметров примеси и матрицы. Трудности были связаны с необходимостью расчета полного набора волновых функций кристалла с примесью.

Эти трудности были преодолены в пятой главе диссертации путем использования техники функций Грина, позволяющей явно учитывать искажения волновых функций непрерывного спектра вблизи примесей. Были вычислены ширины локальных уровнен з, р и d типа, обусловленные как переходами на низлежащие локальные уровни другой симметрии, так и распадом локальных колебаний на спиновые волны, модифицированные присутствием примеси. Рассчитаны зависимости ширин от энергий локальных уровней, показало, что особенности плотности состояний в спинволновой зоне могут привести при низких температурах к появлению резких пиков на зависимости ширины локального уровня от его энергии.

При. исследовании влияния одноатомной анизотропии примесного атома на спектр ферромагнитного кристалла (Изюмов ЮЛ,, Медведев М.В. Теория магнитоупорядоченных кристаллов с примесями. М.: Наука, 1970) матрица считалась изотропной. В данной главе рассмотрен анизотропный ферромагнетик со слабо связанной ферромагнитной примесью. Показано, что в такой системе возможно появление локального уровня типа ниже зоны спиновых волн, наличие которого должно проявляться в форме дополнительных пиков на частотных зависимостях коэффициентов поглощения электромагнитных и гиперзвуковых волн, а также приводить к особенности в сечении некогеревтного рассеяния медленных нейтронов.

В пятой главе развита теория магнитоакустического резонан-< са в ферромагнетиках, содержащих ферромагнитные примеси, отличающиеся от атомов матрицы лишь своими магнитными характеристиками: величиной спина атома и энергией обменного взаимодействия с соседями.

Изучено взаимодействие магнитоупругих волн с квазилокальными магнитными колебаниями, возникающими вблизи ферромагнитной примеси, слабо связанной с матрицей обменным взаимодействием. Получено дисперсионное уравнение для частот связанных магнитоупруго-примесных колебаний, вычислены амплитуды дополнительного поглощения и изменения скорости гиперзвука на частотах квазилокальных колебаний.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации проведены теоретические исследования связанных колебаний в магнитоупорядоченных кристаллах как в идеальных, так и в реальных, содержащих неоднородности структуры и магнитных характеристик. Получены следующие основные результаты:

1. Построена теория магнитного взаимодействия в антиферромагнетиках, учитывающая законы сохранения энергии, импуль-

са и момента импульса магнетика как целого. Сформулирована полная система уравнений динамической теории магнитоупругости для антиферромагнетиков.

2. Вычислены параметры магнитоупругой связи в антиферромагнетиках для произвольного направления распространения связанных магнитоупругих волн и различных основных состояний магнитной подсистемы.

3. Решены задачи о возбуждении связанных магнитоупругих волн на границе антиферромагнетика и о трансформации спиновых волн в гиперзвуковые волны в неоднородном магнитном поле с учетом затухания.

4. Исследованы колебания намагниченности в тонкой ферромагнитной пластинке с учетом взаимодействия между магнитоста-тическими колебаниями и обменными спиновыми волнами, теоретически предсказано существование связанных колебаний нового типа, названных впоследствии магнитообменными волнами.

5. Развита аналитическая теория устойчивости решеток цилиндрических магнитных доменов в ферромагнитной пленке с перпендикулярной анизотропией, показано, что гексагональная решетка является наиболее устойчивой конфигурацией и определены границы ее устойчивости.

6. Исследованы малые колебания решеток цилиндрических магнитных доменов, найдены законы дисперсии волн смещений и пульсаций доменов в таких решетках.

7. Получены аналитические выражения для ширин локальных уровней в ферромагнетике с примесью замещения, учитывающие искажения волновых функций непрерывного спектра, изучены зависимости ширин уровней от параметров матрицы и примеси. Показано, что наличие особенностей в плотности состояний спиновых волн в кристалле с примесью может привести к появлению »резких пиков на зависимости ширины локального уровня от его энергии.

8. Исследованы низколежащие локализованные состояния в анизотропном ферромагнетике с примесью; показана возможность

существования в такой системе локального уровня 8 - типа, расположенного ниже дна зоны спиновых волн.

9. Изучены особенности магнитоакусткческого резонанса в ферромагнетике с примесями. Получено и исследовано дисперсионное уравнение для частот связанных мапштоупругих волн г квазилокальных примесных колебаний; найдены явные выражения для дополнительного поглощения и изменения скорости гиперзвука в области частот квазилокальпых колебаний.

В результате проведенных исследований развита теория связанных колебаний в маиштоупорядочснных кристаллах, содержащих неоднородности кристаллической структуры и магнитных характеристик, такие как границы образца, магнитные примеси, домены и неоднородные магнитные поля.

Основные результаты диссертации изложены в следующих публикациях:

1.Савченко М.А., Ганп В.В., Рябко П.В. Связанные магнитоупругпе волпы в антифгрромагиетиках // УФЖ. 1964. Т. 9, выи. 8. С. 283-292.

2.Барьяхтар В.Г., Савченко М.А., Ганн В.В., Рябко П.В. Связанные магнитоупругие волны в антиферромагнетиках с магнитной структурой типа МпСОд// ЖЗТФ. 1964. Т. 47, вып. 5. С. 1989-1994.

3.Савченко М.А., Га пи В.В., Рябко П.В. Ферроакустический резонанс в магнетиках // УФЖ. 1965. Т. 10, вып. 3. С. 263-274.

Ганп В.В. Неоднородный резонанс в ферромагнитной пластинке // ФТТ. 1966. Т. 8, вып. 11. С. 3167-3172.

З.Барьяхтар В.Г., Ганн В.В. Магпхггоупругое взаимодействие в антиферромагнетиках // ФТТ. 1967. Т. 9, вып. 7. С. 2052- 2060.

6.Ганн В.В. Связанные магнитоупругие волны в антиферромагнетиках // ФТТ. 1967. Т. 9, вып. 12. С. 3467-3474.

7.Барьяхтар В.Г., Гапн В.В., Краснов В.П. О преобразовании магнитных колебаний и упругие волны в антиферромагнетиках // ФТТ. 1968. Т. 10, шп. 8. С. 2335-2337.

З.Барьяхтар В.Г., Ганп В.В., Черпец Л.Н., Балабанов В.Н. Поглощение и дисперсия скорости гиперзвука в монокристалле ЖИГ при ферроакустическом резонансе // Тезисы докладов на Всесоюзной конференции по магнетизму. Красноярск. 1971. С. 256.

9.Гтт В.В., Зазулов Л.Г. Магнитоакустическнй резонанс в ферромагнетике с примесями // ФТТ. 1973. Т. 15, вып. 3. С. 371 -675.

Ю.Варьяхтар В.Г., Тайн В.В., Зязупов Л.Г. Уширеиие локального уровня и ферромагнетике с примесью // ФТТ. 1973. Т. 15, вып. 8. С. 2412 -2420.

11.Ганп В.В., Зазунов Л.Г. Локальные уровни в анизотропном ферромагнетике с примесями // Труды Международной конференции по магнетизму. Москва. 1973. 'Г. 4. С. 318-321.

12. Гана В.В., Зазулов Л.Г. Локальные уровня в анизотропном ферромагнетике о примесями // ФТТ. 1973. Т. 15, вып. 12. С. 3535-3539.

13.Варьяхтар В.Г., Гапн В.В., Горобец Ю.И. Цилиндрические дометай п ферромагнитных пленках . Киев, Ш74. 16 с. ( Препр. / ЛИ УССР. Ик-т. тсорет. физики; ИТФ-74-65Р).

14.Барьяхтар В.Г., Ганп В.В., Горобец Ю.И. Динамика цилиндрических магнитных доменов. 1Сиевт 1974. 16 с. ( Препр. / АН УССР. Ип-т. теорет, физики; ИТФ-74-67Р).

ХБ.Гапп В.В., Горобец Ю.И. Колебания стенок цилиндрических магнитных доменов // ФТТ. 1974. Т. 16, вып. 7. С. 21472149.

Ю.Варьяхтар В.Г., Гали В.В., Горобец Ю.И. Теория цилиндрической доменной структуры п тонких ферромагнитных пленках // 5КТФ. 1975. Т. 45, шп. 2. С. 386-395.

17.Барьяхтар В.Г., Ганн В.В., Горобец Ю.И. Колебания решетки цилиндрических магнитных доменов // ФТТ. 1975. Т. 17, вып. б. С. 1305-1309.

18.Барьяхтар В.Г., Ганн В.В., Горобец Ю.И. Волны в решетке цилиндрических магнитных доменов // ФТТ. 1976. Т. 18, вып. 7. С. 1990 -1995.

19.Барьяхтар В.Г., Ганн В.В., Горобец Ю.И., Смоленский Г.А., Филиппов Б.Н. Цилиндрические магнитные домены // УФН. 1977. Т. 121, вып. 4. С. 593-628.

20.Ганн В.В., Жуков А.И. Магнитоупругая щель в ограниченных антиферромагнитных образцах // ФТТ. 1980. Т. 22, вып. 10. Cs 3188-3190.

21.Ганн В.В., Жуков А.И. Магнитоупругие солитоны в антиферромагнетиках типа легкая плоскость // УФЖ. 1983. Т. 28, вып. 11. С. 1751 - 1752.

22.Ганн В.В., Жуков А.И. Динамическое торможение дислокаций в магнитоупорядоченных кристаллах. В кн.: Проблемы физической кинетики и физики твердого тела. Сб.научных трудов: Киев. Наукова думка, 1990. С. 113-125.

Подписано в печать 14.05.93. Формат 60x84/16. Офсетн. печать. Усл.п.л. 1,0. Уч.-изд.л. 1,0. Тираж 100. Заказ 1Р229.

Харьков-108, ротапринт ХФТИ.