Влияние ядерной, упругой и примесной подсистем на релаксацию магнонов в антиферромагнетиках тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ДИНАМИКЕ СПИНОВОЙ СИСТЕМЫ

ЛЕГКОПЛОСКОСТНЫХ АНТИФЕРРОМАГНЕТИКОВ.

1.1. Спектр магнонов.

1.2. Взаимодействие электронной спиновой подсистемы с другими подсистемами магнетика.

1.3. Параметрическое возбуждение магнонов.

1.4. Стационарное состояние спиновой системы за порогом параметрического возбуждения магнонов. 1?

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СПИНОВЫХ ВОЛН С ВОЗБУЖДЕНИЯМИ ЯДЕРНОЙ СПИНОВОЙ ПОДСИСТЕМЫ В АНТИФЕРРОМАГНИТНОМ CsMnFj

2.1. Спектр магнонов вС^Мп F5.

2.2. Свойства ядерной спиновой подсистемы. Ядерные спиновые волны.

2.3. Методика эксперимента.

2.3.1. Описание установки.

2.3.2. Измерение частоты релаксации магнонов по порогу их параметрического возбувдения. 2S

2.3.3. Разогрев ядерной спиновой подсистемы.

2.3.4. Определение температуры ядерной подси -стемы.

2.4. Результаты эксперимента и их обсуждение.

2.5. Определение времени спин-решеточной релаксации ядерной спиновой подсистемы.

2.6. Изучение процессов разогрева и остывания ядерной подсистемы.

глава 3. изучение процессов релаксации магнонов на примесях в лешоплоскостных антиферромашетиках.

3.1. Исследование параметрического возбуждения магнонов в антиферромагнитном СоС05 с примесью Fe

3.1.1. Спектр магнонов в СоССХ.

3.1.2. Методика и образцы.

3.1.3. Результаты эксперимента и их обсуждение.

3.2. Релаксация магнитоупругих волн в антиферромагнитном Fe ВОч .%

3.2.1. Краткий обзор литературы.

3.2.2. Методика и образцы.

3.2.3. Результаты эксперимента.

3.2.4. Обсуждение результатов.

глава 4. изучение электромагнитного излучения, вызванного параметрически возшщенными в антиферромагнетике магнонами.

4.1. Постановка задачи.

4.2. Вычисление интенсивности излучения.

4.3. Методика и образцы.

4.4. Результаты эксперимента.

4.4.1. fbB

4.4.2. МпС05.

4.5. обсуждение результатов.

4.5.1. fbb

4.5.2. мпс05. рисунки.

Состояние магнитной подсистемы магнитоупорядоченного вещества определяется распределением намагниченности в пространстве и изменением.этого распределения во времени.В случае, когда отклонение макроскопической намагниченности ^(ГД) от равновесного распределения мало, возбуждение магнитной подсистемы удобно описывать в виде суперпозиции плоских спиновых волн или с помощью формализма квазичастиц.

Каждому кванту спиновой волны с частотой и волновым вектором К - магнону соответствует энергия и квазиимпульс p = t) К. Для описания возбужденной магнитной подсистемы необходимо знать спектр магнонов Сд(к) и время жизни магнона с волновым вектором К (или величину Д(0(к) = — параметр (частоту) релаксации магнона).Представление о спиновых волнах (магнонах) является одним из центральных положений современного магнетизма.Теория спиновых волн разработана достаточно полно - теоретически установлены виды спектров спиновых волн, вероятности основных видов взаимодействий между ними, влияние спиновых волн на магнитный порядок и термодинамические свойства кристаллов.

Наличие в кристаллах других колебательных подсистем (упругой, магнитной примесной, ядерной спиновой) приводит, во-первых, к перестройке спектра магнонов и, во-вторых, к дополнительному каналу рассеяния магнонов.Перестройка спектра магнонов, обусловленная этими взаимодействиями, в настоящее время изучена достаточно полно и теоретически и экспериментально.

Задача диссертационной работы заключалась в экспериментальном исследовании вклада в релаксацию магнонов, обусловленного их взаимодействием с упругой, магнитной примесной и ядерной спиновой подсистемами в антиферромагнетиках с магнитной анизотропией типа легкая плоскость".Антиферромагнетики с магнитной анизотропией типа "легкая плоскость" представляют собой интересные и удобные объекты исследования по следующим причинам.

Во-первых, они обладают низкоактивационной, квазиакустической ветвью в спектре магнонов, частота которой соответствует удобному для проведения экспериментов СВЧ диапазону.

Во-вторых, слабые (по сравнению с обменным взаимодействием) взаимодействия магнитной подсистемы с упругой и ядерной спиновой подсистемами оказываются в легкоплоскостных антиферрмагнетиках обменно усиленными.

Перечислим основные результаты и положения выносимые на защиту:

При гелиевых температурах релаксация магнонов в легкоплоскостных антиферромагнетиках б значительной степени обусловлена взаимодействием с упругой, ядерной и магнитной примесной подсистемами.

1. В интервале температур ядерной спиновой подсистемы Тп » =1,8-8К параметр релаксации магнонов в обусловленный рассеянием на возбуждениях ядерной подсистемы возрастает пропорционально Тп.

При температуре Тп = Т « 1,8°К он составляет 10% от полного значения параметра релаксации.

2. Выделен вклад в релаксацию магнонов и магнитоупругих волн, обусловленный механизмом "медленной" релаксации, вследствии взаимодействия с магнитными ионами примеси.В СоСОз при гелиевых температурах и при концентрации примесного иона Ре 0,5мол. % этот вклад в параметр релаксации составляет 2^-5 Мгц.

3. На запороговое стационарное состояние спиновой системы антиферромагнетика с распадным спектром магнонов существенно влияет взаимодействие с упругой подсистемой.В этом случае спектральная ширина пакета параметрически возбужденных магнонов C>Oj< растет пропорционально превышению пороговым полем возбуждения

С Ь / hc - I) и становится порядка параметра затухания магнонов при h / hc «10.

При значительных превышениях порогового поля~Ь/11с~ 1> 3), спектр возбужденных магнонов состоит из ряда линий, состоящих друг от друга на частоты собственных упругих колебаний образца.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения.