Вихри в двумерных, легкоплоскостных магнетиках: дина-мика, релаксация, вклад в функции отклика магнетика. тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.11 ВАК РФ

#

’V-»

^ .■£

ч Є->

<>54 ІНСТИТУТ МЕТАЛОФІЗИКИ

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

на правах рукопису УДК 537,61; 537.622.8

Шека .Денис Дмитрович

Вихори у двовимірних легкоплощинних магнетиках: динаміка, релаксація, внесок у функції відгуку магнетика

(01.04,11 —магнетизм)

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичнкх наук

Кив — 1995

Дисертацією в рукопис.

. «•

Роботу виконано у Київському Університеті ім. Тараса Шевченка.

Науковий керівник —

доктор фЬико-матеиатичних наук, професор Іванов В. О.

Офіційні опоненти:

член-корр. НАНУ, доктор фізико-матеиатичних наук, професор Рябченко С. М. доктор, фізніо-математичних наук, професор Локтев В. М.

. * Провідна організація — '

- Фізико-технічний інститут низьких температур Ы. Б. .1. Ввркіна НАН України, м. Харків

Захист відбудеться и2<^п 199£ р. о годині я» засіданні

Спеціалізованої Вченої Ради Д 01.75.01 в Інституті металофізики НАН України (252680, Київ-Ш, ор. Вернадського, 36).

З дисертацівк) можна ознайомитися у бібліотеці ІМФ НАНУ. Автореферат розіслано року .

Вчегой Секретар

Спеціалізованої Вченої Ради ;

доктор фіз.-иат. наук ' ^ц.щак ^ ^ у

. Загальна характеристика роботи

Вивчення нелінійайс процесів у твердих тілах вже досить давно привертав увагу фізиків, В останні роки зацікавленість до нелінійних явиш у фізиці твердого тіла додатково зросла у за’язху з дослідженнями різних властивостей низьковимірних систем. Це пов’язано з тим, що елементарними збудженнями у нелінійних системах, поруч з квазічастинками лінійної теорії — фононами, иагнонамн і т. ін., в такі істотно нелінійні об’єкта, як солі тони. Виявилось, що при згпїже.'ші вімірності роль неліиі Аних елементарних збуджень зростав. Зокрема, з теорії критичних явшд добре відома тенденція систем до розупорядкувашія при зниженні вимірності. На цей час вважається встановленим той факт, що у одповимірних системах, на відміну від більшості трьохвимірішх систем, со літоті приводять до зруйнування далекого порядку та роблять неможливими фазові переходи. Таким чином, солітошшй підхід в необхідним для фундаментальних досліджень у фізиці твердого тіла, паприклад, для опису термодинамічних характеристик та функцій відгуку визьковимірннх упорядкована систем. •

Дослідження солітопів мав також важливе прикладне значеїшя. Експериментальне та теоретичне дослідження властивостей солі тонів у маг-нітовпорядкованих кристалах важливо для багатьох задач, пов'язаних з Питаннями запису та передачі інформації на магнітних носіях (у сучасних приладах запис інформації здійскюзться на таких носіях, як магнітні лінійні та циліндричні'доміни та доменні стінка (кіпки), розробля-' ються прилади на блохівских лініях і т.ін. Відзначимо також використання солітонів при передачі інформації у пристроях волоконної оптики, масове застосування яких у сучасних лініях зв’язку може відбутися у найближчі роки). , .

Особливий інтерес дослідників останнім часом привертають двовимірні (20) -системи. В таких системах стають істотними солітріші ефекти, проте відповідь патмтаішя про ¡сипання далекого порядку це така однозначна. . Так, у системах з дискретним виродженням, таких як легкоосні магнетики, можливий фазовий перехід з існуванням далекого порядку (типу фазового переходу у 20 моделі Ізинга). Абсолютно інша поведінка хат ' ‘ • • рактерна для систем з безперервним виродженням основного стану, наприклад, легкоплощашшх магнетиків з ізотропною легкою площиною. В таких системах, як було встановлено у 60-и роки у роботах Мершна, Вагаера, Хоенберга далекий порядок не може існувачй при будь-яких скінчених температурах. Однак вже у 70-и роки Березинсьпш було показано, що у цих системах можливий своєрідний сваз¡далекий порядок,

, * * , що називається топологічним. Солі тонний підхід до термодинаміки 2Б

систем, що базується на уявленні про газ особливих солі тон їв (вихор із)

скінченої густини іде від піонерських ідей Березинського, Костерліца. ТА

Таулеса (БКТ) аро зруйнування квазідалекого порядку у 20 системах

внаслідок -дисоціації вихорових пар (такий підхід називається вихоровою

феномеяологІБю). Придатним об’єктом для дослідження термодинамічних І ' . властивостей систем на основі вихорової феноменології б 20 магаітоупо-

рядковаш кристала з аЙзотрошдю типу “легка площина”, — внаслідок

значної локалізації обмінної взаємодії у них досить легко досягти умови ,

каазідзовишрносгі апяових шдсвстем.

Ступінь дослілжаюсті тематики дисертації. Інтерес, що підвищився в останні роки до 20 магнетизму, зумовлено прогресом у створенні високоякісних зразків шаруватих магнетиків, у тому числі інтеркальованих сполук, штучних (вазідвовимірних спінових систем — магнітних ліпідних шарів, одержаниям важливої експериментальної інформації методом не-

. - 5 -

' « пру^шього розсіювання нойтрсяів, шггифвромашігного та ядерного маг-' пітних резонансів, а також моделюванням на великих гратах. У теперішній час використовують такі шаруваті магнітіш матеріал;!, як феромагнетики КіОиР^ {СН$МНз)гСиСи> (С-іН^Нз)іСчСІ\ та антиферомагне-тики ВаИіг(РОііі, ВаСоі(АяО\)%. Внутрішарова взаємодія у шаруватих структурах на два порядки та більше перевищує міжшарову. Значного зменшення міжшарової взаємодії (< І0~5) вдається добитись у інтерка-льованих структурах. Результати робіт, взагалі кажучи, задовільна узгоджуються з вихоровою феїгоменояїгіею, проте, навіть слаба міжшарова взаємодія у квазі-20 структурах може сильно спотворити картину. Повністю звільнитись від ефектів трьохвимірності вдається тільки у істинних 2Б-магнетиках. Такими магнетиками в ліпідні моношари (плівки Ленг-мюра - Блодже) з магнітними атомами, наприклад, стеарату марганцю Мп(СцНмОі)і — 20 антиферомаґнетик з досить сильною взаємодією Дзялопшнського. На жаль, детальне дослідження термодинамічних властивостей стеарату марганцю, наскільки нам Відомо, не проводилось. У зв’язку з шш значний інтерес мають дані чисельного моделювання методами Монте-Карло та молекулярної динаміки. Результати чисельного експерименту краще узгоджуються з завбачаннями вихорової феноменології, ніж експерименти для реальних магнетиків, що дозволяв зробити висновок про справедливість ‘кондепції вихорової феноменології та пояснити розбіїшість ідеалізацією прийнятої моделі. •

Сказане вище визначав актуальність дослідження, проведеного у дисертаційній роботі.

Метою даної роботи в теоретичне дослідження динаміки вихорів у 20 легкоплоиинних магнетиках, та, па цій.основі, вихорової термодинаміки іЛгветкхів.

Постановка задачі. З теоретичного погляду 20 магнетики цікаві тим, що у їх термодинамічні та високочастотні властивості Істотний внесок вносять нелінійні збудження — топологічні солітоїш, такі як магнітні вихори. Наявність вихорів у легкоплощшшоиу магнетику визначав БКТ-перехід — специфічний топологічний ффовий перехід. Вважається, що при досить низьких температурах існують зв’язані пари вихор-антивихор.

. • •* " З підвищенням температуру середньоквадратична відстань у парі збільшується пропорційно (Тс ~ та при деякій температурі їс> що називається температурою БКТ-переходу, пари дисоціюють. В системі при Т > Тс існує газ квазівільних вихорів. Такі вихори, рухаючись разом з гідродинамічними потоками у середовищі ^ вносять специфічний внесок у функції відгуку магнетика, формуюча так званий центральний пік динамічного структурного фактору. Порівняння з чисельним експериментом свідчать про якісну-відповідність даних вихорової феноменології та експерименту. Кількісна відповідність мав місце тільки для слабкоанізотроп-ного феромагнеттеа. Для слабкоанізотропвого гейзенбергівського анто-феродагнетика та сильпоанізотропного планарного феромагнетака інте|>-претація даних експериментів у межах вихорової феноменології приводить до істотного відрізнеїшя параметрів динамічної теорії вихорів від тих, що

обговорювались. Тому для досягнення поставленої мети необхідно було:

; . . * • , - - . * / . .

• досліджувати динаміку позаплопшшщх вихорів у сяабюашзотрогь

них гейзенбергівсьшх аптиферомагнетаках та внутрішньоплощин-них вихорів у спльпаанізстропних планарних феромагнетиках;

• побудувати вихорову схему БКТ-переходу ‘для цих систем; ;

- ■ _ - • ■ >. ' / ,• ■ . .

• розвинути вихорову феноменологію для опису нелінійної термоди-наміш гейзенбергівськнх антиферомагнетиків та сильноанізотроп-

них планаріїшс феромагнетиків, • '

Окрім того, в літературі відсутні дат про дослідження (як експериментальне, так і теоретичне) вихорової термодинаміки легхоплощип-вогх» слабкоаяізотропного гейзенбергівського феромагнетика, що зиахо-даться у зовнішньому магнітному’полі, у так званій конусній фазі. Такі дослідження важливі для можливого управління динамічними характеристиками магнетика зовнішнім полем. У зв’язку з цим виникли таяі задачі:,

* • . •

= розрахувати структуру вихорів у слабхоалізотропному гейзенбергів- •

ському феромагнетику, що знаходиться у зовнішньому полі;

• описати динаміку та релаксацію таких вихорів; '

_ • досліджувати БКТ-перехід та солітонні функції відгуку гейзеябер-

• гівсьїого феромагнетика у конусній фазі.

' ? ' 'і- • •

Наукова новизна роботи полягав у тому, що:

• вперше подано едйшй теоретичний опис динаміки різних вихорів (внутрішньо- та позаплощипних) для сильно- та слАбкоапЬотіюппих 20 магнетиків (феро- та антиферомагнетиків); .

• прогнозовано появу гіротропних властивостей для вихорів у гейзен-бергівсьшх аитиферомагнетиках та сильно анізотропних владарних феромагнетиках при включенні зовнішнього магнітного поля, сггря- ■ мованого вздовж важкої осі магнетика;

• вперше побудовані%очні рішення для вихорів, що рухаються з постійною, у тому числі й чималою, швидкістю у системах із зруйнованою лорейц-інваріантністю; '

і» описало релаксацію вихорів у різких системах; ' _

• передбачено, що даташга шсаыбля вихорів, зокрема, середньоква-

дратична швидкість вихорів, у гейзенбергівсьшх антиферомагнети-ках та силыюашзотропнгос плаиарїшх феромагнетиках визначаться двома прішцітово різними механізмами — розглянутим раніше гіро-Троплим та релаксаційним; ори зменшенні поля відбувається перехід від гіроскопічного до релаксаційного режиму, що істотним чином впливає на термодинамічні функції відгуку Магнетика; .

в побудовано вихорову термодинаміку легкоплопданного гейзенбергівського феромагнетика, ідо знаходиться у конусній фазі та снльно-аііізотропного планарного феромагнетика; прогнововано сальну ио-льову залежність критичної температуря БКТ-переходу;

• передбачено появу нового піку у функціях відгуку гейзенбергівсь- ■ кого автиферомагнетика, що пов’язаний із впливом зовнішнього поля на динаміку вихорів. ■

Наукова та практична дінність роботи полягав в можливості використовувати результати' роботи для постановки та інтерпретації експериментальних досліджень динамічних та термодинамічних характеристик ' ’ • " • ’ квазідвовямірних легкоплощшших магнетиків.

На захист виносяться такі одновні положення,

• Побудовані точні рішення, що описують вихор, що рухав із чималою швидкістю у слабкзапізотропноиу гейзенбергів^ькому антиферомагп

, котику та сильлоашзотропному шіанарн^. у феромагнетику.

• Зовнішнє магнітне поле, що спрямоване вздовж важкої осі магнетика, приводить до Появи гіроскопічної сили типу сили Магнуса, діючої на вихор, що рухав у слабхоанізоТропному гейзенЬсргівському алтифе-ромагнетику та сильноанізотропному планарному феромагнетику.

• Для .яегЕШЛопийшаго гейзеабергівського фершагаетшса, що знахо- ' днться у конусній фааІ, температура топологічного фазового переходу Березішського - Костерліца - Таулеса істотно змешпуется із зростанням магнітного поля, обертаючись до нуля при полі анізотропії.

• Новий (релаксаційний) механізм формування середньої швидкості ансамбля вихорів; перехід від традиційного (гіроскопічного) до релак- . саційного режиму відбувається при зменшенні поля, — він прита-

маїгнй як гейзенбергівським авгиферомагяетнкам, так і сильноаяізо-і

тропшм планаршш феромагнетикам у зовнішньому магнітному полі, що спрямЬване вздовж важкої осі. '

• •

• В гейзенбергіаському антиферомагнетику наявність зовнішнього поля

зумовлює появу нового вихорового піку, інтенсивність якого пропорційна квадрату поля. .

Апробація роботи. Основні результати роботи доповідались та були представлені на:

• NATO Advanced Research Workshop on Nonlinear Structures in Phyaics and Biology, Bayreuth, Germany, June 1-4 (1993){

• Genera/ Conference. Condensed Matter Division* (GCCMD-14), Madrid, Spain, March 28-31 (1994);

• XXII семинар по спиновым волкам, Санкт-Петербург, Россия, 17-20

мая (19S4); .

. • international Conference on Magnetism (ICM-94) Warsaw, Poland, 22-26 August (1994);

e “Solid State Physics: Fundznicntah sad Applicaiions”, International

Autumn School-Conference (SSPFA’94), Uzhgorod, Ukraine, September 26 - October 4 (1994). .

Крім того, матеріали дисертації доповідались на наукових семінарах у Київському університеті та Інституті металофізики.

Обсяг та структура роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох глав, висновків та списку використаної літератури, що вкючаюв 122 найменування. Робота викладена на 144 сторінках машинописного тексту, містить 8 малюнків.'

Публикації. За матеріалами дисертації опубліковано 11 наукових праць, в тому числі 7 статей, ї препринт та тези 3 доповідей.

Особистий внесок дисертанта. Всі розрахунки, проведені у дисертаційній роботі (як аналітичні, так і чисельні), були одержані безпосередньо автором. Дисертантові належить значна роль у інтерпретації отриманих результатів.

Методологія та методи дослідження. Для теоретичного дослідження різних властивостей вихорів у 2D легкоплощинних магнетиках використовувались методи математичної та теоретичної фізики. У межах ш-

• сичпої польової теорії проведено аналіз динаміки вихорів на основі моделі, що називається узагальненою «г-моделлю п-поля для систем, що не описуються аналітичними динамічними змінними. Статичні властивості вихорів розраховані з використанням методів чисельного інтегрування. Динамічні властивості ансамбля взаємодіючих вихорів проаналізовані на основі методів солітонною теорії збурень. Аналіз солі тонних функцій відгуку 2D легкоплощинних магнетиків проведений у межах вихорової феноменології. *

Основний зміст роботи

У вступі обгрунтовується вибір теми дисертаційної роботи, формулюється мета та задачі дослідження, його наукова новизна та практична значимість."

Глава 1 присвячена динаміці двовимірних солітонів у класичних слаб-коанізотропних магнетиках. В першому розділі проводиться топологічна класифікація вихорів у різних магнетиках. Існують два типа магнітів« вихорів — внутрішньоплощшші та гозашющшші. Перші реалізуються у сіт.” тгоіпізотрсггіЕгх машетиках, що характеризуються 20 проеіором ца-р¿метра порядку я = {ясоз^; з.чіпф}. Топологічні властивості внутріш-иьоплоіцшших вихорів визначаються інваріантом и, що називається зави-хрегаїістю (вивченню цих солітонів присвячена 4 глава). В слабкоаяізо-тропних гейзенбергівсьшх магнетиках параметр порядку представляв собою одиничний трьохвимірний вектор п = {вга9соз<Д; атАяіп^соз#}, що пргшоднть до значних відрізнені у топології солітонів (поява другого топологічного інваріанту — поляризації р) та, окрім того, проявляється у статичних, динамічних та статистичних властивостях системи. У другому розділі глави формулюється підхід до аналізу вихорових властивостей слабкоанізотротшх гейзенбергівських иагн&тиків. Запроваджується динамічна, таї звана узагальнена о-иодель. В кутових змігших 9, ф модельний лагранжіан має такий вигляд:

значення характерної швидкості с, гіроскопічного доданку Т>{$) та енергії анізотропії ш(0) визначаються типом магнетика, Описані деякі загальні властивості моделі. Питання структури вихорів обі «ворюються

у третьому розділі. Розраховано структуру стапічних вихорових різзеяь

«*

для неоднаково поляризованих вихорів у конусній фазі легкоплоіцшшого гсйзенбергівського феромашетнка (ГФМ). Для солітонів з завихренностями V ~ ±1 та поляризаціями р = ±1 знайдена залежність енергії вихорів від величини поля. Із збільшенням поля енергетично’більш вигідними стають вихори, поляризовані по полю. В четвертому розділі раз-гяядавться стаціонарна, динаміка, відокремленого вихору з довільної, у тому числі А чималою, швидкістю. Виявляється, що вихори в “вмороженими” у середовище, але можуть рухатись разом з гідродинамічними потоками у ньому. Побудовані точні рішення, що опису иль таку дишшіку. Так, наприклад, при постійному значенні Фф = Ь віддалік від вихору, динаміка вихору у легкоплощюшоиу гейзенбергівсь кому аігпіферомагиетигу (ГАФМ), який знаходиться у поперечному иода Н, виявлявтся стаціонарною та описувтся квіщенсатшш рішенням '

ф^фй+-и&кі$(у/х') + к-г, 0 = 0^(Я/Ди).

параметр конденсату к визначав швидкість вихору, к — V • дН/<?, та його характерний розмір Д„ = (Д^4 — функція ^(г/Дд) описує

рішення, ідо відповідав нерухомому вихору. Приведено гідродинамічну (еонденсатау). аналогію між динамікою магнітних вихорів та динамікою вихорів у надилитшх системах.' Встановлено, що така аналогія досить добре описує вихори у ГАФМ, але спроба застосувати її до ГФМ у конусній фазі викликав ускладнення, .

Глава 2 прясаячева проблемі динаміки снсаіголз взаємодіючих магнітних вихорів у різних гейзенбергївських магнетиках. При рішенні цієї проблеми істотним е урахування релаксації вихорів. Більш того, релаксація визначав конкуруючий механізм динаміки вихорів. Феноменологічна трактовка релаксації вихорів у гейзенбергівських магнетиках дасться у

trepsoHy розділі. Застосузг»зві ашеірі5яо-^»«їомаюлогічпого підхолу до-зголило отп-хатя сСніпний та релятивістській механізми релаксації зи-хорія. В наближенні малої ивидкосгі руху вихорів розраховано дисипативні копстаїгга для різних, гейзенбергівських магнетиків. У другому розділі обговорюється N-вихорова динаміка. Запропоновано анзац для дослідження нестаціонарної динаміки ансамбля слабковзайыодіючих вихорів у межах солітонвош теорії збурень. Обговорюються питання динамічно» деформації структури вихору, а також хонденсатна аналогія. Виявляється, що у основному (лінійному) наближенні по малої швидкості руху вихорів, динаміка вгіяорового ансамбля в стаціонарною, тобто вихори рухаються рівномірно, з постійною швидкістю. Третій розділ присвячений опису аясамблл вихорів у межах ефективних рівнянь для координат вияорових центрів (Xа). Запропонований підхід заснований на вззористанні відомого рівняння руху для. тензора енергії-шпульсу, уза^ гальпеного на випадок полів, що описуються сингулярними динамічними гиішшми. Рівняння динаміки ансамбля вихорів

_Г 9Ха 1 дХа „

. ГЗГ * Ч ~ “” г,~дГ ~

за формой збігаються з рівняннями динаміки “електричних зарядів” е° = ИМоВІп&оч/їао У наближенні провідних центрів орбіт, гамільтоніан взаємодії вихорів Hint — -Е«^деае^Іп|ЛГ“ - Xf\ мав вигляд гамільтоніана взаємодії 2D іуязтвського газу, аналогом гіроскопічної сили, що визначаєтеся гіросїоаічною сталою G, в сила Лоренца. Отримані ефективні рівняння руху ігриді-ші для спису динаміки вихорів у різних гейзенбер-гівсьїкх магнетиках. Для звичайного ГФМ рівняння такого типу вперше були одержані в інший спосіб у 1982 р. Хубером. Проте для інших магнетиків значення коефіцієнтів істотно відрізняються, що принципово змінює відповіді. . '

Наявність зовнішнього магнітного поля приводить до істотних відмін у динаміці неоднаково поляризованих вихорів для ГФМ у конусній фазі, Огфм(Н) — йГФМ (І — pH/На), проте у цілому вона продовжує носити гіротрошшй характер. В ГАФМ, як показує аналіз, ситуація значно відрізняється від ГФМ. При відсутності поля ГАФМ взагалі не має гіроскопічних властивостей; динаміка вихорів носить чисто релаксаційний характер. Наявність поля викликав появу гіротропної сили. Характерне значення гіропосконічної сталої набагато менше за ГФМ, ОГЛФМ и х (4Н/Не) < СГФМ, що пояснює експериментально спостережені розбіжності у характерних швидкостях вихорового газу (Яе — обмінне поле).

Глава 3 присвячена дослідженню внеску вихорів у функції відгуку гей-зепбергівських магнетиків. В першому розділі описується топологічний фазовий БКТ-перехід у гейзенбергівських магнетиках. Розглядається вихорова схема переходу, описується внесок вихорі# у статичні спінові ко-релятори. Розраховано температуру переходу. В ГФМ, що знаходиться у конусній фазі, значення критичної температури істотно зменшуется із* зростанням поля, Тс(Н) = Тяг (і — На — поле анізотропії. Об-

говорюється залежність густини вихорів від величини поля. Основним динамічним параметром вихорової феноменології е середньоквадратичаа швидкість вихорового газу В; у другому розділі проведено аналіз цієї характеристики. Конкретні розрахунки для середньої швидкості здійснені для ГАФМ та ГФМ. Розглядається роль магнітного поля та релаксаційних процесів у формуванні середньої швидкості вихорового газу. Проведений аналіз свідчить про те, що динаміка вихорів у ГФМ цілком носить гіротрошшй характер, В/5а » 1 + рН[НЛ, де Щі — характерне значення швидкості вихорового газу, отримана Хубером.- В ГАФМ ситуація суттєво змінюється, оскільки гіроскопічний внесок у динаміку вихору ГАФМ

зпикао при Н -+ 0. Завдяки цьому у відсутпості поля динаміка носить релаксаційний характер, її/Пц и Не)\Нг > 1, де Яг — релаксаційне поле. Із зростанням поля характерна швидкість зменшується обернено пропорційно величині поля. Обговорюється зв’язок проведених розрахунків з даними експериментів. Конкретний розрахунок внеску вихорів у функції відгуку магнетиків здійснюється у третьому розділі для ГФМ у копусній фазі. Вихори зумовлюють специфічний внесок у термодинаміку нагнетпка, а саме, в області центрального піку (ЦП) динамічного структурного фактору (ДСФ). Поле надав різний вплив па протилежно поляризовані вихори. З цього приводу ЦП ДСФ у зовнішньому полі в суперпозицією двох піків, зумовлених двома групами вихорів. Аналізується форма та параметри піків,а також їх залежність від величини поля. Аналіз вихорового внеску у ДСФ легкоплощинного ГАФМ здійснюється у четвертому розділі. Передбачено появу нового вихорового піку у шзаплощшших компонентах ДСФ ГАФМ. Такий пік з’являється у присутності магнітного шля. •

В Гля.ві-4 вихорова схема Застосована для дослідження різних властивостей сшЕЬНоаяізотрошюго планарного феромагнетика (ПФМ) із спіши в = і, у якому реалізується сильне квантове скорочення спіна. В першому розділі запропонована модель ПФМ, що знаходиться у зовнішньому полі. В змінних г, ф моделей описується лаграішіаном . +

Ііо — характерний масштаб довжини. Обговорюються загальні властивості моделі, механізми дисипації. Наявність магнітного поля веде до знищення лоренц-інваріантності моделі та появи гіроскопічних власти-

востей {другий гкізділ}. Оогиа^ріаеіьсй создаисатіи шадогія у дазалЛїу вихорі». Показано, ідо, ^іншіка внутрішіьоклощишщх вихорів у ПФМ мав багато спільіяіх властивостей з позаплоїщшшіїш вихорами у ГАФМ. Зокрема, поява гіровластивостей у зовнішньому полі типова для -обох систем. Величина поля визначав діючий механізм динаміки — гіроскопічний або релаксаційний (третій розділ). Дослідженню вихорової термодинаміки ПФМ присвячений четвертий розділ. Представлено вихорову феноменологію БКТ-иереходу. Передбачено істотну залежність температури переходу від константи анізотропії та величини поля, г -»І/ІМЧі В* (дНПо)*}

Гс-ТІТІ [1_ївР+“2?~]’

тут а — постійна гратки, 1 та В — інтеграли обміну та анізотропії. Розраховано внесок внутр>шіьоі]Л8!Ешнних вихорів у область ЦП ДСФ иагае-ткка. Як показує аналіз, велнчіша воля значгю ешшв&з ка іитепсгжкість та ширину піку.

Основні результати та висновки

• Проведено аналіз динаміт капвтннх вихорів у системах із порушеного лореяц-шваріаїггиістю. Виявлявться, що наявність зовнішнього шгвітвого тля, спрямованого вздовж важкої осі магнетика, веде до появи гіроскопічної сили тлу сили Магнуса, діючої на вихор у слабкоазгізотроїшсгиу гейзенбергівському аптиферомагнетшеу та сильноанізотрешкиму планарному феромагнетику.

• Запропоновано опис релаксації вихорів у різних системах. Перел-

ічена потій (релаксаційний) механізм динаміки ансамбля вихорів, ч-глд йід традиційного (гіроскопічного) до релаксаційного режиму

відбувається при зменшенні поля; віл в прлтмлаглаі як геАзєікбсргів-ским антифероиахнетикам, так і сильноанізотрошпм плапарішм фо-ромагветикам у зовнішньому магнітному полі, що спрямоване вздовк важкої осі. • ' ■

• Побудовано впхорову термодинаміку легксшюйсшшого гейзенбергів-

■ . о . ■ . ••...■ ’

ського феромагяетяЕв, що зааходнться у койустй фаз», та сильно-

еяізотропноп» плаяврного феромвгнетпка. Прогнозовано сильну польову залежність критичної температура.

• В гейзевбергівському алтиферомлгиетику наявність зсбпі^пісго поля

обумовлюв появу нового яихорового піку, форма та характеристики якого визначаються величиною магнітного поля. *

• Розраховано внесок вихорів у фукщії відгуку гейзенбергівського фе-

ромагпзппса, що знаходиться у конусній фазі, та планарного феро-магнетика. Прогнозовано істотний вплив поперечного магнітного поля та характеристики вихорового піку. •

Перелік публикаций по темі дисертації

Статті у реферуемих журналах

1. В. А. Иванов, А. Н. Кичижнев, Д. Д. Шека, Магнитные вихри в Сильно анизотропном ферромагнетике со спином S = 1 // ФИТ, 1992, т. 18, № 8, с. 921-Ö23.

2. В. A. Ivanov and D. D. Sheka, Dynamics of Vortices and Their Contribution to the Response Functions of Classical Quasi-Two-Dimensional

. Easy-Plane Antijerromagnets // Phys: Rev. Lett,, 1994, vol. В 72, No.

1, pp. 404-408. • *

. , - IS -

3. В. А. Иванов, Д. Д. Шека, Динамика ансамбля втрей 6 сЪАыт&ци-зотропных планарных ферромагнетиках со спином S = 1 // ФНТ, 1995, т. 21, К* 4, с. 431-440. *

4. Б. А. Иванов, Д. Д. Шека, Солитонная (вихревая) термодинамика

квазидвумерного легкоплоскостного антиферромагнетика // ЖЭТФ, 1995, т. 107, № 5, с. 1626-1640. • .

» ' *

5. Б. А. Иванов, Д. Д. Шека, Вихри в конусной фазе классического ква-зидвумерного ферромагнетика Ц ФНТ, 1995, т. 21, № 11, с. 11481156.

6. В. A. Ivanov, D. D.Sheka, Two-Dimensional Magnetic Solitons and 7ft ег-

modynamics of Quasi-Two - Dimensional Magnets // “Chaos, Solitoaa & Fractals* ,• special issue “Soli tons ia Science and Engineering: Theory &nd Applications”, 1995, No. 12,17 p. '

• » *

. Cthtti у зб1рнигах •

7. В. A. Ivanov, D. D. Sheka. Dynamics oj Vortex Ensemble in SD Easy

- Plane Antiferomagnets, in: Nonlinear Coberebt Structures in Pbyeks and Biology, K. H. Spatchefe and F. G. Mertens, eds., Plénum, New York (1994), p. 187. . . .

Препринта ’

• . • * ’

8. В. A. Ivanov, A. K. Kolezhak, and D. D. Sheba. Two-Dimensional Magnetic Soliton Gas Dynamics and Its Contribution to the Response Fync-, lions of Layered Magnets, Препринт, института теоретической физики нм. Боголюбова,'ITP-83-61E, Киев (1994). -24 с.

/[pysonam Te3H flonoBiqe/4 Ha KOH$epeiminx

9. B. A. Ivanov, D. D. Sheka. Dynamics of Vortices and Their Contribution to the Response Fonctions oj Quasi-Two-Dimensianol Eàsy-Plane Antiferromagnet, in: Abstracts of “14^- General Conference. Condensed * • _ . Matter Division”(GCCMD - 14), Madrid, Spain, March 28-31, 1994.

10. B. A. Ivanov, D. D. Sheka. Dynamics and Relaxation of Magnetic Var- ' tices, and Their Contribution to the Response Functions of Quasi-Tuo-Dimensional magnets, in: international Conference on Magnetism 2226 August 1994, Warsaw, Poland. Programme and Abstracts. Osrodek .Wydawnichtw Naukowych, Poznan, 1994. - p*. 816,

11. D. D. Sheka, B. A. Ivanov. Magnetic Vertex Gas Dynamics in Two-

Dimensional Easy-Plane Magnets, in: Proceedings of the 1^ International Autumn School-Con ference^ “Solid State Physics: Fundamentals and Ap-' plicationa”(SSPFA ’94), Uzhgorod, Ukraine, September 26-October 4,1994.

- p. R61. •

Summary

. /

Denis D. Sheka. Vortices in Two-Dimensional Easy-Plane Magnets. Dynamics, Relaxation, and Contribution to the Magnet Response Functions.

Thejla to the competition of the candidate’s degree of physical and mathematical sciences on speciality 01.04.11, magnetism, institute for Metal Physics, NASU, Kiev, 1995. ‘ .

Theoretical-description of in-plane and out-of-plane vortex dynamics for weakly^ and highly-anisotropical 2D /erro- and antiferromagnets is presented. The vortex phenomenology for the topological phase transition of Berezinskii-

Kosteilils-Tiiottleas type із ej.lor.dad. The vortex gas coutributioc to tbs rs-epoase functions of 2D magnate is considered.

• Аннотация ' ' .

Шеха Д. Д. Вихри 6 двумерных, легкоплоскостных магнетиках: динамика, релаксация, вклад в функции отклика магнетика.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико - математических наук по стадиальности 01.04.11 — магнетизм, Институт Металлофизики НАН Украины, Киев, 1995. • - .

В работе представлено теоретическое описание динамики различных вихрей (внутри- и внеплоскостных) для сильно- и сяабоанизотропных 20 магнетиков (ферро- и антиферромагнетиков). Развита вихревая феноменология для топологического фазового перехода Березинского - Косте р-лида - Таулеса в таках системах. Рассмотрен вклад газа вихрей в функции отклика 2В магнетиков. ' . ' .

Ключові слові:

квазідвовимірний магнетик, магнітний солітон, магнітний вихор, перехід Березинсь кого-Костерлі да-Таулеса, динамічний структурний фактор.