Влияние размерности и симметрии магнитной структуры на оптические спектры поглощения антиферромагнитных диэлектриков тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.11 ВАК РФ

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР

р г с ИМЕНИ Б. И. БЕРКИНА

'а Од

,1 Юо-

1 '¿¿/ч

На правах рукописи УДК 538. 22

ПИРЯТИНСКАЯ Валерия Геннадиевна

ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРНОСТИ И СИММЕТРИИ МАГНИТКОЙ СТРУКТУРЫ НА ОПТИЧЕСКИЕ СПЕКТРЫ ПОГЛОЩЕНИЯ АНТИФЕРРОМАПШНЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

01.04.11 - физика магнитных явлений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Харьков - 1954

Диссертация является рукописью.

Работа выполнена в Физико-техническом институте низких температур им. Б. И. Веркина Национальной Академии Каук Украины.

Научный руководитель: доктор физико-математических"'Наук, ведущий научный сотрудник В.В.ШАПИРО

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Ю.А.ПОПКОВ

доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Ю. В. ПЕРЕВЕРЗЕВ

Ведущая организация - Институт Монокристаллов HAH Украины

Защита состоится " 2$ " ик>ИЯ_1994 г. в 45 часов

на заседании Специализированного совета К 016.27.01 при Физико-техническом институте низких температур им. Б. И. Веркина HAH Украиш С310164, г.Харьков - 164, пр. Ленина, 47).

С диссертацией можно ознакомиться ь библиотеке Физико-технического института низких температур им. Б.И. Веркина HAH Украины.

Автореферат разослан "27 " мая_ 1954 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, с подписью, заверенной Гербовой печатью, просим направлять по адресу: 310164, г.Харьков - 164, пр. Ленина, 47, ФТИНТ HAH Украины, ученому секретарю Специализированного совета К 016.27.01

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат физико-математических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Оптическая спектроскопия антиферромагнитных АФЮ кристаллов является одним из важнейших направлений в совре-генной физике твердого тела. В последние годы интерес к спектраль-:ым исследованиям АФМ кристаллов резко возрос с связи с появлением :ового класса объектов - низкоразмерных магнетиков. Эти соединения бладают Бырагенной пространственной анизотропией взаимодействий, пределяющих магнитное упорядочение. Нязкоразмерные магнетики, как равило, характеризуются низкой симметрией кристаллических структур многоподрешеточность» магнитных структур. Они привлекают внимание сследователей благодаря ряду интересных особенностей спектральных кинетических свойств элементарных возбуждений, наблюдение которых ринципиально невозможно в трехмерных АФМ кристаллах.

Вагным фактором, способствовавшим интенсивному развитию спек-роскопии магнитных кристаллов в последние годы, явился также зна-ительный прогресс в области экспериментальной техники, появление овых фотоэлектрических методов детектирования световых потоков, в астности, многоканальной регистрации спектров, которые позволили обиться исключительно высокого динамического разрешения и значи-ельно улучшить качество регистрируемых спектров. Все это дало но-ае возможности при исследовании тонкой структуры спектров низко-азмерных АФМ кристаллов, а также позволило вернуться к некоторым эразрешенным проблемам спектроскопии трехмерных соединений.

Целью работы является исследование спектров поглоаения света в проком классе АФМ соединений переходных металлов, обладающих раз-ячной симметрией и размерностью магнитных структур, в области иин-эапреденных и спин-разрешенных оптических переходов. В работе усматриваются такие вопросы, как влияние размерности и симметрии эисталла на термическое уширение экситонных полос поглощения, ^условленное рассеянием экситонов на магнонах, а также на тонкую груктуру экситон-магнонного спектра поглощения света. Значительное зимание уделяется исследованиям спектров в магнитных полях, пере-граивающих основное магнитное состояние АФМ кристалла.

Научная новизна определяется результатами, которые впервые элучены при выполнении данной работы и выносятся на защиту:

1. Экспериментально и теоретически исследовано влияние размер-зсти магнитной структуры на характер термического уширення экси-знных полос в спектрах поглощения света АФМ кристаллов.

2. Исследована тонкая структура спектра поглощения света и магнитное давыдовское расщепление экситонных полос в кваэидвумерном АФМ ИН^ССН^ЗгКНзКпС1обнаружен ряд особенностей, свидетельствующих об изменении симметрии кристалла при низких температурах.

3. Обнаружено и исследовано бетевское магнитное расщепление полос в спектре поглощения света карбоната марганца, зависящее от направления внешнего магнитного поля и имеющее при НПСз немонотонный характер.

4. Исследована влияние внешнего магнитного поля, перестраивающего магнитную структуру АФМ кристалла, на спектр поглощения света в области спин-разрешенных оптических переходов.

Научное и практическое значение диссертационной работы заключается в получении экспериментальных данных о спектральных свойствах АФМ кристаллов с различными размерностями магнитных структур, что способствует развитию теоретических моделей низкоразмерных АФМ кристаллов, а также может быть полезно при техническом использовании этих соединений.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на следующих конференциях, совещаниях: Международные конференции по магнетизму и магнитном материалам (МММ'92, Хьюстон, США, 1992; МММ'93, Миннеаполис, США, 18933, Всесоюзное совещание по физике низких температур СДонецк, 19903, 2-я Международная конференция по магнитооптике 1£эМ0'91 С Харьков,. 1991), 2-я Международная конференция по физике магнитных материалов СПекии, Китай,.19913, XX Международная конференция по физике низких температур ЦТ-93 СОрегон, США, 19933.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 7 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пятиглав, заключения и списка цитируемой литературы, включающего 86 наименований. Полный объем работы составляет 132 страницы, включая 34 рисунка.

СЩЕРЖАНИЕ' РАБОТЫ

Во введении сформулированы цель и задачи диссертационной работы, обоснован выбор объектов исследования, приведены основные положения, выносимые на защиту, описана~структура диссертации, представлен список опубликованных работ по теие диссертации.

Первая глава является обзорной. В ней изложены основные зако-

номерности формирования спектров поглощения света АФМ кристаллов и некоторые расчетные методы. В обзоре уделяется внимание таким вопросам, как спектр магнитных возбуждений (оптических и спиновых) в АФМ кристаллах, их роль в формировании спектра поглощения света, влияние внешнего магнитного поля на основное магнитное состояние АФМ кристалла и его оптический спектр.

Вторая глава посвящена описанию магнито-оптической установки, с помощью которой проводились экспериментальные исследования спектров поглощения света. Установка позволяет изучать спектры в оптическом диапазоне 200 -г 1000 нм при варьировании температуры от 1,5 до 300 К и при наложении внешних магнитных полей С в стационарном режиме - до 8 Т, в импульсном - до 40 Т).

В качестве спектральных приборов в установке использовались: для изучения тонкой структуры спектра поглощения - спектрограф ДФС-13 Слинейная дисперсия 2 А/мм), для обзора спектра во всей видимой области - призменный монохроматор SPM-2. Регистрация световых потоков осуществлялась с помощью многоканального оптического анализатора ОМА 1450А Сфирмы Princeton Applied Research), детектор которого представляет собой линейную матрицу 512 фотодиодов. Из анализатора данные передавались через последовательный порт RS232C в персональный компьютер АТ-386. Получение стационарных магнитных полей осуществлялось с помощью сверхпроводящего соленоида типа катушек Гельмгольца. Магнитные поля высокой напряженности создавались с помощью импульсной методики в малогабаритном двухсекционном соленоиде. Световой импульс синхронизировался во времени с максимумом импульса магнитного поля, а также с моментом начала сбора данных многоканальным оптическим анализатором.

В следующих трех главах изложены основные результаты работы.

В третьей главе рассматривается вопрос о влиянии размерности магнитной структуры АФМ кристаллов на уширение экситонных полос поглощения света, связанное с рассеянием экситонов на магнонах.

В качестве объектов исследования выбраны АФМ соединения иона Мп2* с различной размерностью структур, обладающие магнитной анизотропией типа "легкая ось": трехмерный (3-d) KnFх (экситонная полоса, соответствующая оптическому переходу "A CS) ■+ 4Ti (4G3), ква-з и двумерный Cq-2-d) NH/Cin^MnCl^ CeAigC3S) ч 4ЕдСЧЬ) и квазиодномерный Cq-l-d) Cs№iCla-2Ha0ICeAiC"S) « Ч^СЧШ.

В § 3.1 представлены результаты исследования термического уши-рения экситонных полос поглощения света. Рис. 1 иллюстрирует темпе-

б-бо,

гм-1

Рис. Температурное

см" 4

уширение экситонных полос поглощения в спектрах АФМ кристаллов:

3

q-l-d CsMnCl -2Н 0 (о),

1 3 Z '

2

q-2-d Ш5ССНг) гШзКпС1 Cd) и 3-d MnF *(ш).

г

1

Сплошные линии соответствуют расчету по формулам (13,(2).

О

О

1

2 Т/Т9

ратурные зависимости изменения полуширин полос 6-6 а С6о - полуширина, аппроксимированная к нулевой температуре). Из рисунка видно, что во всех случаях существенные изменения полуширин начинаются при температурах Г 0,8Г , где Г = - энергетическая щель в

спектре спиновых волн?. 9 9

Полуширина экситонной линии выражается через мнимую часть массового оператора одночастичной функции Грина экситонов [1] (при Г « Гн можно ограничиться вторым порядком теории возмущений). Оценки для области температур, сравнимых с Г , где основной вклад в рассеяние экситонов вносят магноны вблизи "дна" спин-волновой зоны, дают для АФМ кристалла размерности а = 2,3:

б(Т) - Г" (Т /Г), где Б СГ /Г) = Е I1 п ехр(-1Т /П (1) п 9 п э У 9

Для АФМ температурная зависимость полуширины имеет вид:

где * = С1/2 , Jí, J - обменные интегралы вдоль направлений сильного и слабого обменных взаимодействий, соответственно. Таким образом, в спектре поглощения строго одномерного АФМ диэлектрика узкие экситонные полосы теоретически могут существовать только при нулевой температуре. Однако весьма слабая логарифмическая расходимость зависимости С2) при к -» <ю указывает на то, что в спектрах реальных АФМ кристаллов со сколь угодно сильной пространст-

венной анизотропией обменных взаимодействий можно обнаружить тонкие экситонные полосы и при ненулевых температурах.

OD

6СЛ - In к 5 CT /Т),

n g

(2)

На рис. 1, наряду с экспериментальными зависимостями, приведены расчетные кривые, полученные по формулам П), С2).

В § 3.2 проводится сравнение уширенил экситонных полос при использовании двух различных методов нереэонаненой активации спиновых волн - при обычном повышении температуры и при наложении внешнего магнитного поля вдоль "легких" осей АФМ кристаллов. В последнем случае рост чисел заполнения магнонов происходит в результате понижения энергии низкочастотной спин-волновой ветви. Если эксперимент проводится при достаточно низкой температуре, то основной вклад в рассеяние экситонов вносят магноны в узкой' области к-пространства вблизи "дна" зоны. При этом особенности в плотности магнонньгх состояний, обусловленные пониженной размерностью магнитной структуры, должны проявляться более отчетливо, чем в случае активации магнонов за счет повышения температуры.

Действительно, в спектре д-1-с1 кристалла вблизи поля спин-флоп перехода наблюдалось значительное (более чем ь 3 раза) уширение эк-ситонной полосы. Слабое уширение полосы наблюдается в д-2-а АФМ, что же касается 3-е! АФМ, то в полях Н £ И экситонная полоса поак-

с 1

тически не уширяется.

Четвертая глава посвящена исследованию особенностей тонкой структуры спектра поглощения света квазидвумерного пероьскитопо-добного АФМ кристалла ИН ССН ) Ш С ЕСАКпС!

* з г г з 4 4

В спектрах комбинационного рассеяния света ЕЗАМпС! при низких температурах СТ 5 15 К) были обнаружены особенности, не укладываг-диеся в рамки ранее принятой модели двухподрешеточного двумерного М>М. Наряду с обычной полосой двухмагнонного рассеяния с энергией 1Е СЕ = 65 см"1 - максимальная энеогия магнонов на гоаниие зоны

т т

эриллшна), была обнаружена дополнительная полоса с энергией высокочастотного коая 2Е' 95 см"1 Пооисхождение ее связывалось с из -

1 т *

/биением магнитной симметрии кристалла в результате удвоения мзг-■штной ячейки в плоскости перовскитоподобных слоев Зона ^риллгхэн-. 1ри этом сокращается в два раза, и в плотности состояний спиновых золн возникает дополнительная особенность, связанная с искажением шеперсионной кривой вблизи новой границы зоны 12].

С целью получения более полной информации об энергетической ¡труктуре спин-волнового спектра ЕЗАМпС14 были проведены исследова-1ия тонкой структуры экситон-магнонного спектра поглощения света, >го температурных и поляризационных зависимостей. На рис. 2 пред-:тавлен спектр поглощения света ЕЗАМпС!^ в области оптического пе-

Рис. 2. Спектр поглощения света ЕБАМпС! :

4

- экспериментальная кривая;

V

- - - - экспериментальная

кривая с вычетом эк-ситонного поглощения; - расчет.

23500

23600 Е. см*1

рехода 9А1д(еЗ) ■+ 4Е С 'О в поляризации Ьс. На этом участке наблюдается чисто экситонная линия с частотой С = 23523.6 см"1. С

ех

коротковолновой стороны от нее расположена экситон-магнонная полоса, имеющая два выраженных максимума, отстоящих на 46 и 66 см"1 от экситонной линии. С увеличением температуры интенсивность первого максимума быстро уменьшается, и при Т ^ 20 К он исчезает; второй же сохраняется при более высоких температурах. Существенное ослабление наблюдается и для линии Евх. Совпадение частотных интервалов между экситонной полосой £вх и ее ближайшими коротковолновыми спутниками с величинами £т и Е', полученными из анализа спектров комбинационного рассеяния света, а также корреляция в температурном поведении спектров поглощения и комбинационного рассеяния света дают основание утверждать, что дополнительная особенность в спектральном распределении плотности магнонньгх состояний действительно имеет место.

Исследования поляризационных свойств спектра поглощения света показали, что экситонная полоса Еех имеет электродипольну» природу. Зтз противоречит имеющимся данным о кристаллической структуре ЕгАМлС! . согласно которым в позиции иона Мп2 * имеется центр инверсии. и гоьориг о том, что поглощающие ионы Мп** не расположены в центрах симметрии даже относительно октаэдра лигандов С1~

Симметрийный анализ показывает, что если в точечной группе ипна Кгг* имеется центр инверсии, то спектральное распределение коэффициента экеитон-магнонного поглощения в поляризации ? 1Ьс имеет ьид (без учета экситон-магнонкого взаимодействия')

К (Е) ~ Е и? [А sin4bk /Z-)cosz4ch /2) + у к к 1 z СЗ)

+ <4 cos4bh /Z)ein*tck /2)1 6СЕ-Е -Е СкЗЗ

2 х z ex mag

десь uk - коэффициенты преобразований Боголюбова-Тябликова, -

нергия экситона, CmegCk3 - дисперсия энергии магнонов, xllb, yibc, Не. Выражение СЗ) обращается в нуль при kx=k^=Q, а значит, не опи-ываот "плато", возникающее в спектральном распределении экситон-агнонного поглощения вблизи линии £вх вследствие слабой дисперсии агнонов в направлении у.

Если же предположить наличие искажений кристаллической струк-уры, приводящих к потере центра симметрии в позиции иона Mnz1\ ыражение для КуСЕЗ будет содержать, помимо СЗ), слагаемые типа

£ и? coszibk /Z)cosz(.ck /23 6СЕ-Е -Е СкЗЗ, С43

J^ к х z ex mag

е обращающиеся в нуль при

Отсутствие центра симметрии в позиции поглощающего иона само о себе еще не приводит к появлению новой особенности в спектраль-:ом распределении плотности магнонных состояний, и, соответственно, Осуждаемого пика Е\ Для этого необходимо предположить удвоение :чейки кристалла в плоскости перовскитоподобных слоев, т.е. перейти ; четырехподрешеточной модели. С другой стороны, удвоение ячейки .ристалла в перовскитоподобном слое с неизбежностью приведет к по-'ере операции инверсии в пространственной группе кристалла. Расчет ;ля одного из вариантов такого удвоения вдоль оси b с учетом вклада СЗЗ и С4) представлен в сравнении с экспериментальной формой 'кситон-магнонной полосы на рис. 2.

В пятой главе рассматривается ряд эффектов б спектрах поглощения света АФМ кристаллов, связанных с перестройкой магнитной :труктуры во внешнем магнитном поле.

§ 5.1 связан с изучением спектра поглощения света EDAKnCi 4 ь [агнитньгх полях с цель» получения дополнительней инфомации о его :ристаллической и магнитной структуре.

В магнитных полях, ориентированных вдоль кристаллографии—-.::-ой юи с и приблизительно равных 4 и 17 7, наряду с полосой Евх по.-г- -гяются две дополнительные компоненты Ссоответственно и

Зависимости частот всех трех компонент от напряженности магнитного юля имеют квадратичный характер С рис 3). Наблюдение то^х ла-ь^доь-жих компонент в магнитном поле еще раз подтверждает правильность федположения о наличии четырех магнитных ионов ь элементарней

Е.см-' 23530

23500

Рис. 3. Магнитное давыдовское расщепление экситон-ной полосы поглощения света в Е0АМпС1 . Н II с.

4

В - эксперимент; -- расчет.

н.т

ячейке ЕПАМпС14. Начальное расщепления полос £вх и £ех при Н - 0 мокет свидетельствовать как о неколлинеарности магнитной структуры, так и о энергетической неэквивалентности магнитных ионов, которая может возникнуть в результате удвоения элементарной ячейки. Однако большое различие начальных интенсивностей компонент при И = 0 определенно свидетельствует о том, что расщепление в значительной мере имеет резонансную природу и, следовательно, магнитная структура ЕВАМпС14 является изначально неколлинеарной.

Энергии Е компонент расщепления экситонной полосы в четырех-подрешёточном АФМ являются решениями уравнения:

ае1 [ Се. + о, - Мв^ - Г) «5^ + Г1к ] = 0 , С I, к = 1. . 4) С 5)

где е1 - энергия внутриионного возбуждения 1-го иона, й - изменение энергии взаимодействия иона с окружением при переходе в возбужденное состояние, - магнетон Бора, § - ^-фактор, - вектор спина 1-го магнитного иона, Г - энергии резонансных взаимодействий. Наилучшее количественное описание экспериментальных зависимостей можно получить при неэквивалентности всех четырех ионов ячейки. Соответствующие расчетные кривые приведены на рис. 3.

Дополнительным аргументом в пользу начальной неколлинеаности магнитной структуры ЕБАМпС!4 является отсутствие линейного эеема-новского псевдорасщепления экситонной линии или сдвига ее компонент при ориентации магнитного поля вдоль оси антиферромагнетизма при Н £ Ис СИс= 3.5 Т - значение поля спин-флоп перехода).

В § 5.2 представлены результаты исследования необычного магнитного расщепления полос, обнаруженного в спектре поглощения сьета 10

легкоплоскостного АФМ МпСЗ (электронный переход "А ("Б) V С4В)Э. В этой области наблюдаются экситон-маг-нокные полосы с частотами максимумов

Е = 27251.4 см"

Е = 27279. 6 см"

и

Ез= см"1 (рис. 4). Чисто экси-

тонных линий обнаружить не удалось иэ-эа малых толщин образцов.

В магнитном поле Н11С полоса Е

з 1

вначале сужается, затем уширяется и, наконец, разделяется на две компоненты (рис. 4). Таким образом, при И = 0 она является спектрально неразрешенным дублетом. В малых полях зависимость величины расщепления полосы Е от напряженности магнитного поля носит немонотонный характер, в больших (Н 2; 10 Т)

она практически линейна (рис. 5). Компоненты высокочастотной группы (Е^ и Е) ведут себя в магнитном поле аналогичным образом.

Расщепление носит выраженный анизотропный характер: в магнитном поле, ориентированном в базисной плоскости (Н1Сз), положения максимумов всех компонент практически не изменяются. Предлагаемая интерпретация эффекта основывается на бетевском, внутриионном характере расщепления орбитального дублета, происходящего от 4Т1д(4Б) - состояния иона Мп2*. Спин-орбитальное взаимодействие, учитываемое во втором порядке теории возмущений, может привести к расщеплению этого уровня на четыре компоненты.

Симметрийный анализ приводит к следующей форме для эквивалентного оператора спин-орбитального взаимодействия:

* V- / | а + аж+1">5х + | о (5в*5")1.'» +

1* £*1.31ГС .Э2ХуХ

+ X а а'+^ХБ'+Б*} "4 а и Б +1 Б п \ аа^-Ш* +

с « х у х у овххуухх двхуу*

♦ Щ- а -25 Б I * Щ- а [(/.'Ч'ЗБ -21 I Б]5т} (6)

■5 уху X у X Т. О ■ уху X у X ^

27250 27300

е, си"1

Рис. 4. Спектр поглощения света МпСО в облас-1

ги электронного перехода "А СБ) + 4Т (4Б) в

1д гд

магнитном поле Н II С .

Рис. 5. Зависимость величины расщепления дублета Eí в спектре МпСО от напряженности внешнего магнитного поля Н II С :

з

в - эксперимент; -- расчет.

О

10

20

30 Н,Т

Параметр V характеризует общую эффективность механизма и по порядку величины равен 25 -¡- 45 см"1. Козффиценты а. могут быть выражены через параметры кристаллического поля Св случае кубической симметрии все а.= 1). Произведя в операторе С6) усреднение по спиновым состояниям, получаем зависимость энергий компонент расщепления от направлений спинов Су - направляющие косинусы вектора Б):

При ориентации магнитного поля перпендикулярно кристаллографической оси Сз ух = 0, а у* + у* - 1. следовательно, величина расщепления с полем не изменяется, что находится в полном соответствии с экспериментальными результатами. В случае же Н II Сз вектор антиферромагнетизма ориентируется в базисной плоскости вдоль оси второго порядка х. при этом yz ^ п> Yx ^ С 1-й2)t/z, у^ * 0- Хорошее совпадение измеренных и расчетных величин расщепления наблюдается практически во всем интервале магнитных полей (рис. 5).

§ 5.3 посвящен сравнительному анализу влияния внешнего магнитного поля, перестраивающего магнитную структуру кристалла, на спектр поглощения света в области спин-запрещенных и спин-раэрешен-ных оптических переходов. Как известно, в области спин-запрещенных переходов в формировании тонкой структуры спектра существенную роль играют комбинированные процессы с участием спиновых волн. Внешнее магнитное поле, перестраивающее магнитную структуру кристалла, су-

с

= Ву\ ± [ CzCy'% + У*)* + D2Cf* + гг) х\

♦ *'jr&y - - Ъ)

(7)

щественным образом влияет на интенсивности соответствующих полос поглощения [3]. Что касается спин-раэрешенных оптических переходов в АФМ кристаллах, вопрос о влиянии на них магнитного упорядочения до настоящего времени не исследовался.

В качестве объекта Еыбрано АФМ соединение, в оптическом спектре которого имеются оба типа переходов - легкоплоскостной СоС0}. Исследуемый спектральный диапазон охватывал область спин-разрешен-ного перехода 4Г + 'Р и спин-эапрещенкого Т -+ 2Р. Магнитное поле прикладывалось перпендикулярно оси С

Б области спин-разрешенного перехода наблюдаемые относительные изменения коэффициента поглощения света в магнитном поле Н = Н£ СМЕ= 21 Т - эффективное поле обменного взаимодействия) составляют около 3 'А, причем главным образом они связаны со сдвигом полос, а не с изменением интегральной интенсивности поглощения. В то же Бремя изменение интегрального коэффициента зкситон-магнонного поглощения в области спин-запрещенного перехода в тем же поле Н£ составляет около 30 %.

Таким образом, могло сделать вывод, что спектр поглощения света АФМ кристалла в области спин-разрешенных оптических переходов, в отличие от спин-запрещенннх, слабо зависит от его магнитной структуры. Действительно, в области спин-запрещенных переходов комбинированные процессы поглощения индуцируются благодаря обменному взаимодействию магнитных ионов из противоположных подре^еток, которое существенно зависит от взаимной ориентации их спинов. В случае же спин-раэрешенных переходов оптический спектр определяется, главным образом, внутринонными взаимодействиями, этот механизм оказывается гораздо более эффективным, чем обменный С что проявляется и в значительном различии интенсивностей полос поглощения). По этой причине и все изменения интегральной интенсивности таких полос поглощения в магнитном поле очень невелики.

В заключонки сформулированы основные результаты диссертационной работы, выносимые ка защиту:

1. Экспериментально и теоретически исследовано влияние размерности магнитной структуры, а также энергетической щели в спин-волновом спектре на характер термического уширения экситонных полос в спектрах поглощения света АФМ кристаллов.

Показано, что размерность магнитной структуры оказывает наиболее существенное влияние на характер уширения экситонных полос при активации спиновых волн не повышением температуры, а наложением

внешнего магнитного поля вдоль "легких" осей кристаллов.

2. В спектре поглощения света кваэидвумерного АФМ EDAMnCl^ при низких температурах обнаружены особенности, свидетельствующие об удвоении его элементарной ячейки в перовскитоподобном слое и потере центра инверсии. Обнаружено магнитное давыдовское расщепление экси-тонных полос в спектре EDAMnCl^, характер которого подтверждает вывод об удвоении ячейки и указывает на неколлинеарность магнитной структуры EDAMnCl^ в отсутствие магнитного поля.

3. Обнаружено необычное анизотропное магнитное расщепление полос поглощения в спектре легкоплоскостного АФМ МпСО з, имеющее при Н11Сз немонотонный характер. Показано, что расщепление имеет бетев-ское происхождение и обусловлено спин-орбитальным взаимодействием во втором порядке теории возмущений. Дано описание зависимости расщепления от напряженности и ориентации внешнего магнитного поля.

4. На примере СоСО^ показано, что спектр поглощения света АФМ кристалла в области спин-разрешенных переходов практически не чувствителен к изменению магнитной структуры.

Подводя окончательные итоги проведенных исследований, можно сделать следующие выводы:

Спектр поглощения света АФМ кристалла чувствителен к магнитному упорядочению лишь в области спин-запрещенных оптических переходов. В этой области тонкая структура спектра поглощения, влияние на нее температуры и внешнего магнитного поля определяются симметрией и размерностью магнитной структуры кристалла. Формирование же спектра в области спин-раэрешенных оптических переходов определяется главным образом внутриионными взаимодействиями и практически не чувствительно к магнитному упорядочению.

Список литературы, цитированной в автореферате

1. Агранович В. М. Теория экситонов. - М.: Наука, 1968, - 382 с.

2. Eremenko V.V., Gnezdilov V.P., Kurnosov V.S., Fomin V.I. Low-Temperature Anomaly of Twa-Magnon Raman Scattering in NHj(CHi3eNHJ№Cl4 crystal// Proceedings of the 2nd International Symposium on Magneto-Optics. Kharkov, 1992. - p. 171-174.

3. Вердян A.M., Еременко В.В., Канер Н.Э., Литвиненко Ю.Г., Шапиро В.В. Механизмы экситон-магнояного поглощения света двухподрешеточным неколлинеарным антиферромагнетиком СаСО^// ФИГ - 1980. - 6, - N 5, - с. 644-655.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Еременко А.В., Качур И. С. , Пирятинская В.Г., Славин В.В. Влияние структуры спин-волнового спектра антиферромагнитных кристаллов на температурное уширение экситонных полос поглощения// ФНТ -1992. - 18- " N 4, - с. 380-385.

2. Shapiro V. V. , Kachur I.S. , Piryatinskaya V.G. , Eremenko A. V. , Slavin V.V. Optical Investigations of Exciton-Magnon Scattering by Using Different Methods of Incoherent Spin Waves Activation// Proceedings of the 2nd International Symposium on Physics of Magnetic Materials. Beijing, China, 1S32. - v. 1, - p. 137-140.

3. Еременко В.В. , Качур И. С. , Курносов B.C. , Пирятинская В.Г. , Фомин В. И. , Шапиро В.В. Особенности экситонкого и экситон-маг-нонного поглощения и комбинационного рассеяния света в кваэи-двумерном антиферромагнетике NH ССН 3 NH MnCl // УФЖ - 1992. -37, - N 12, - с. 1805-1811.

4. Eremenko V.V. , Kachur I.S. , Piryatinskaya V.G. , Shapiro V.V. Low Temperature Exciton-Magnon Light Absorption in 2-d AFM

NH CCH 3 NH MnCl // Physica В - 1994. - 194-196, - p. 191-192.

3 Z 2 3 A J --r

5. Еременко В. В. , Качур И. С. , Пирятинская В. Г. , Шапиро В. В. Неколлинеарная многоподрешеточная магнитная структура квазидвумерного антиферромагнетика ССН 3 CNH 3 MnCl // ФНТ - 1993. -19. ~ N 7, - с. 846-849.

6. Еременко В.В., Шапиро В.В., Качур И. С. , Пирятинская В. Г. Линейное магнитное расщепление полос поглощения света в легкоплоскостном антиферромагнетике// ФНТ - 1992. - 18, - N S, - с.977-982.

7. Шапиро В. В., Качур И. С., Еременко А. В., Пирятинская В. Г. Спектральные свойства слабоферромагнитного диэлектрического кристалла СоСО в состоянии, близком к насыщенному парамагнитному// ФНТ - 1992. - 18. - N 4, - с. 370-379.