Высокочастотные и термодинамические явления в низкоразмерных и сильноанизотропных магнетиках тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НШ УКРАИНСКОЙ ССР ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР

воо/"

На правах рукописи УДК 537.61

ПЕРЕНЕРЗЕВ Юрий Владимирович //

Р

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ И ТЕРЮдаНАШЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В НИЗКОРАЗМЕРНЫХ И СИЛЬНОАНИЗОТРОПНЫХ МАГНЕТИКАХ

01.04.07 - Физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических каук

■¿илал " ищеЖш ЯОШ.ПО! ^и^-ктсч. ыиииыс^ьиа и-ирш* ^иш^сгЩр'^^^

'¿■^ • У-'.'-.-}'

>-л■ - '-■;>'-г/

/улР^ -н *

Работа выполнена в Физико-техническом институте низких температур АН УССР.

Официальные оппоненты: академик АН УССР, профессор

B.В. Еременко;

чл.-кор. АН УССР, профессор

C.B. Пелетминский;

доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник В.В. Тарасенко

Ведущая организация - Институт металлофизики АН УССР

Защита состоится

и

и

198 г. в

_ часов на заседании Специализированного совета

Д 016.27.01 при ФТИНТ АН УССР в помещении института по адресу: 310164, Харьков, проспект Ленина, 47.

С диссертацией.можно ознакомиться в библиотеке 5ТИНТ АН УССР.

Автореферат разослан " "_198 г.

Ученый секретарь Специализированного совета

кандидат физико-математических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Фундаментальными характеристиками, которые определяют свойства магнетиков, являются а) пространственная размерность, б) симметрия магнитных взаимодействий. В зависимости от магнитной системы и изучаемых свойств доминирующей является или характеристика а) или - б). Теоретические исследования систем с различной пространственной размерностью и различной симметрией магнитных взаимодействий позволяют выделить модели со свойствами, нехарактерными или слабовыраженныыи в традиционно исследуемых трехмерных и высокосимметричных магнетиках.

Важность и практическая ценность таких исследований определяется тем, что в настоящее время синтезированы магнетики с широким спектром величин магнитных взаимодействий. Среди них выделим, во-первых, так называемые "низкоразмерные (почти одномерные и двумерные) магнитные системы, а, во-вторых, низкосимметричные и сильноанкзотрошше магнетики.

Известно, что в низкоразмерных магнетиках сильная пространственная анизотропия обменных взаимодействий [I"] обуславливает целый ряд свойств: магнитных, тепловых и др., которые в трехмерных магнетиках отсутствуют или проявляются значительно слабее.

К ним могло отнести специфику установления дальнего магнитного порядка [2 7 ; значительную анизотропию энергетического спектра магнонов в пространстве квазиимпульсов; увеличение амплитуды нулевых колебаний; заметную зависимость температуры магнитного упорядочения от внешнего магнитного поля и др.

К началу наших исследований менее изученными были высокочастотные свойства низкоразмерных магнетиков в упорядоченном состоянии, хотя именно в этом направлении наиболее вероятно ожидать применения этих Ееществ в практических целях. Детальное теоретическое исследование особенностей спектров поглощения кнзкоразмерных магнетиков позволяет получить важную информацию о величинах магнитных взаимодействий, необходимую при разработке новых низкотемпературных СВЧ-устройств.

В области низких температурТ« Тс ( Тс - температура -

I

упорядочения магнетика), где применимо спин-волновое приближение , важнейшей функцией, определяющей свойства магнетиков является плотность состояний магнонов ^ ) .В трехмерных магнетиках плотность состояний велика на границе зоны Бриллшна при энергиях порядка обменной энергии ^ . В кристаллах с пониженной размерностью плотность состояний магнонов велика и имеет особенности не только при энергиях С/ , но и при энергиях порядка слабого межцепочечного или мезкплоскостного обменного взаимодействия 3 . Эта особенность £С&У проявляется во многих свойствах низкоразмерных магнетиков. В частности, она определяет отличие температурной зависимости параметров однородного магнитного резонанса в таких системах в сравнении с трехмерными (см. ниже). Этим не ограничивается влияние пониженной размерности на спектры поглощения. Наиболее интересным является изучение такого поглощения, при котором непосредственно выявляются особенности ■ Как показано в диссертации, такие возможности предоставляет изучение нерезонансного поглощения 34 энергии (в частности, в процессах с участием двух магнонов).

Симметрия и величина магнитной анизотропии наиболее заметно проявляются при изучении ориентационных явлений в магнетиках при изменении температуры и магнитного поля.

В теоретическом плане хорошо разработаны методы исследования анизотропных систем, когда анизотропия мала, а симметрия анизотропных взаимодействий достаточно велика и спин велик. Однако существует множество реальных магнетиков с величиной спина £ 4. , в которых либо анизотропия сравнима с обменом и из-за одноузельного происхождения ее необходимо учесть точно, либо симметрия анизотропных взаимодействий очень низкая (ниже ромбической). Их экспериментальное изучение ставит перед теорией проблему как построения моделей для описания взаимодействий в этих системах, так и решения задач при изменении внутренних и внешних параметров системы в широких пределах.

В магнетиках увеличение однотонной анизотропии ведет к возможности проявления сугубо квантовых свойств: сокращении длины намагниченности в легкоосных магнетиках [з^] , возможности исчезновения упорядочения (критерий Мория) [43 и изменения формы фазовой границы в легкоплоскостных магнетиках [5*] . Такие особенности исследованы преимущественно для систем со спином

$ = и температуреТ^ 0 . С целью исследования новых квантовых особенностей представляет интерес изучение подобных систем с произвольной величиной спина и произвольным отношением анизотропии к обмену при наличии температуры и магнитного поля.

Что касается низкосимметричных систем, то их изучение начало развиваться лишь в последнее время, в связи с исследованием магнетиков со сложными анизотропными взаимодействиями. Наличие низкой симметрии взаимодействий может привести к появлению в их свойствах особенностей, не имеющих места при более высокосимметричных типах взаимодействий. К ним относится и температурная зависимость ориентации легкой оси или тензора магнитной восприимчивости в отсутствие магнитного поля, теоретическая интерпретация которой дана в работе.

Приведенные выше сообраиения относительно магнетиков с сильной пространственной и магнитной анизотропией взаимодействий и обуславливают актуальность выбранной темы.

Целью работы является решение следующих задач.

1. Всестороннее теоретическое исследование особенностей коэффициентов поглощения энергии высокочастотного поля в квазиодномерных и - двумерных гейзенберговских ферро- и антиферромагнетиках (ФЫ и АФМ), обусловленных аномалиями плотности состояний магнонов в низкоэнергетической части спектра. Установление зависимостей между параметрами спектра поглощения и константами, характеризующими гамильтониан магнитных взаимодействий кристалла.

2. Изучение воздействия величины одноконной анизотропии и спина на ориентационные фазовые переходы в легкоосных и легкоплоскостных ФЫ и кШ во внешнем магнитном поле. Выяснение роли моноклинной компоненты магнитной анизотропии парамагнетиков и упорядоченных магнетиков, в эффектах температурного вращения эллипсоида восприимчивости к оси легкого намагничивания.

3. Сопоставление полученных теоретических зависимостей с существующими экспериментальными результатами и проведение экспериментальных исследований с целью обнаружения предсказанных эффектов. |

Научная новизна диссертационной работы определяется впервые полученными результатами, основные из которых выносятся на защиту.

1. Для низкоразмерных ФМ и АФМ установлено теоретически, а в случае АФМ и подтверждено экспериментально, что спектр линейного поглощения энергии высокочастотного поля наряду с линиями обычного однородного резонанса содержит интенсивные линии нерезонансного, в частности, двухмагнонного поглощения, интенсивность которых значительно выше, чем в спектрах трехмерных магнетиков.

2. Изучена форма полосы двухмагнонного поглощения энергии,

мерных и квазидвумерных одноосных ФЫ в постоянном и высокочастотном магнитных полях, перпендикулярных выделенной оси. В процессах с участием большого числа магнонов исследовано взаимное влияние высокой плотности состояний в низко- и высокочастотной областях спектра на коэффициент поглощения поперечного ВЧ поля в квазиодномерном ФМ.

3. В коллинеарной фазе ромбического АФМ изучены четыре типа процессов двухмагнонного поглощения, определяемые различными комбинациями двух магнонов из двух ветвей спектра. Исследованы их зависимости от частоты, температуры и поля как в низкоэнергетической, так и в высокоэнергетической областях спектра. В этой же фазе установлено, что температурная зависимость частот АФМР в низкоразмерных АФМ пропорциональна подрешеточной намагниченно сти.

4. Проведен последовательный анализ высокочастотных свойств ромбического АФМ в фазе с опрокинутыми магнитными под-решетками. Показано, что наряду с прямыми процессами распада фотона на два магнона, в рассматриваемой фазе важную роль играют процессы косвенного взаимодействия поля с магнонами, обусловленные трехмагнонным взаимодействием. Установлено теоретически и подтверждено экспериментально, что эти взаимодействия в квазиодноыерных АФМ формируют (через поправки к спектру) аномальную полевую зависимость оптической частоты АФМР.

5. Выявлены возможности нерезонансного поглощения как нового метода исследования низкоразмерных ферро- и антиферромагнетиков, что позволяет получить информацию об основных константах магнитных взаимодействий.

6. Проведены исследования уравнения фазовой кривой в лег-

|в низкоэнергетической части спектра,для квазиодно

коосных (ЛО) и легкоплоскостных (ЛП) ФМ в классическом и квантовом случаях. Найдены критические поля переходов из угловой в парамагнитную фазу, число которых растет с ростом величины анизотропии и спина.

Для ЛИ магнетиков с целочисленным спином установлено, что упорядочение в магнетике отсутствует, если анизотропия

7. Установлено, что в ЛП АФМ в поле, направленном в легкой плоскости, область угловой фазы для целых спинов с ростом

Р стягивается к началу координат и исчезает, еслиуЗ > а при полуцелых значениях спина область угловой фазы стремится к некоторой предельной области.

8. Выявлена роль флуктуаций на фазовую диаграмму ЛП магнетиков. Найдено перенормированное значение критической анизотропии . Получены низкотемперату{ные зависимости критических полей. Показано, что с понижением пространственной размерности область угловой фазы уменьшается.

9. Вычислены частоты магнитных возбуждений двухосного ферромагнетика 1) с произвольным отношением анизотропии к обмену. Из сравнения полевых зависимостей резонансных частот рассчитанных и экспериментальных определены константы магнитных

взаимодействий квазиодномерного антиферромагнетикаТИЛ ^С .

10. Изучена температурная зависимость положения главных осей тензора восприимчивости з моноклинных парамагнетиках и указаны условия, при которых эффект вращения будет наиболее значителен.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в том, что полученные результаты существенно расширяют диапазон представлений о высокочастотных и термодинамических свойствах низкоразмерных и сильноанизотропных магнетиков.

Установленные в работе соотношения мезду особенностями интенсивного нерезонансного поглощения энергии и параметрами низкоразмерного магнетика позволяют в эксперименте восстановить их значение с спектроскопической точностью. Полученные в работе результаты стимулировали изучение высокочастотных свойств низкоразмерных магнетиков ВаМп^ч ,ТМАЛ/С

и др. Такие свойства нерезонансного поглощения как линейность по подводимой мощности, сильная зависимость его от частоты, -

б

поля, температуры, резкое изменение его величины при переходе из одной фазы в другую могут быть использованы при создании различных СВЧ-устройств.

Развитый в работе метод вывода самосогласованных уравнений может быть использован при исследовании фазовых диаграмм в более сложных моделях. В частности, учет ромбической анизотропии произвольной величины должен привести к новым квантовым особенностям в поведении фазовых кривых. Несомненный интерес представляет экспериментальное обнаружение, предсказанных в работе явлений: нарушение связности областей угловой фазы для сильноанизотропных ФМ и АФМ с $ > £ , резкое изменение температуры упорядочения при изменении анизотропии о области критического значения и др.

Апробация работы. Результаты исследований изложены в диссертации, докладывались на следующих конференциях, совещаниях, семинарах:

- Всесоюзные конференции по физике магнитных явлений - Баку, 1975 г.; Донецк, 1977 г.; Харьков, 1979 г.; Пермь, 1981 г.; Донецк, 1985 г.; Калинин, 1988 г.

- Всесоюзные совещания по физике низких температур - Киев, 1974 г.; Шнек, 1976 г.; Москва, 1979 г.

- Междунарокные конференции по магнетизму - Москва, 1973 г.; Киото, 1982 г.; Париж, 1988 г.

- 15-я Международная конференция по физике низких температур, Гренобль, 1978 г.

- Семинаре по магнитному резонансу и спиновым волнам, Ленинград - 1975 г., 1976 г., 1978 г., 1982 г., 1986 г., 1988 г.

- Всесоюзный семинар "¿¡агнитные фазовые переходы и критические явления", Махачкала, 1984 г.

- Всесоюзный симпозиум "Неоднородные электронные состояния", Новосибирск, 1987.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 24 статьи, список которых приведен в конце автореферата.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, трех приложений и списка цитируемой литературы. Полный объем работы составляет 317 страниц, в том числе 49 рисунков, одна таблица, библиография содержит 206 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отмечается актуальность темы диссертации,формулируются задачи, которые в ней решаются и перечисляются основные положения, выносимые на защиту. Кратко излагаются содержание и результаты, полученные в каздой из глав. Здесь же приведен список работ, которые публиковались по теме диссертации.

Первая глава посвящена исследованию особенностей нерезонансного поглощения энергии высокочастотного (ВЧ) поля, а низкоразмерных ферродкмектриках. Рассмотрение проведено в двух случаях, когда высокочастотное магнитное поле к направлено параллельно вектору намагниченности Ш ^Т и перпендикулярно ему. Здесь и далее предполагается, что амплитуда к- такова, что нелинейными эффектами можно пренебречь ( Ь,с< п.п , пп ~ пороговое поле возбукдения параметрического резонанса). Частоты внешнего поля предполагаются такими, что Ц)Т»± ( Т -время спин-спиновой релаксации) и коэффициент поглощения Г7 однородного ВЧ поля выражается через мнимую часть компоненты Эурье запаздывающей двухвременной функции Грина-Если К, И И, то

« (I)

где За - суммарная проекция спина на направление к. .

^В одноосном 2>М типа ЛО с выделенной осью Уи в полях Н ЦК. II »г энергия однородного ВЧ поля не поглощается, поскольку,

г = (2)

где ^И. - гамильтониан системы. Поглощение возникает, если в гамильтониане магнетика учитывается диполь-дипольное взаимодействие. В этом случае поглощение продольно поляризованного поля трехмерными ФМ впещыэ_>расс]иатривалось в работе . В ЛО и ЛП^М при условии Я II К. II М соотношение (2) нарушается, если Ц 1 ^ • При этом проще выделить отличительные особенности поглощения ВЧ поля низкоразмерными ФМ от трехмерных, которое, как и в.[6] , определяется процессом распада фотона на два магнона

££,<.), (з) .

* - ■ - 7

где - энергия магнона, К ^ - равновесная функция распределения магнонов, Мк - матричный элемент взаимодействия поля с магнонами. Если учесть, что ¡Miel есть гладкая функция ß , коэффициент поглощения пропорционален плотности состояний магнонов с удвоенной энергией магнонов и, следовательно, должен отражать ее основные особенности.

Это обстоятельство является решающим при выяснении различия нерезонансного (в данном случае двухмагнонного) поглощения в низкоразмерных и трехмерных магнетиках. Низкоразыерные магнетики можно разделить на квазиодномерные и квазидвумарные. В первых величина обменного взаимодействия вдоль избранного направления намного превосходит величину взаимодействия в двух других направлениях 'У , во вторых же внутриплоско-стное tf значительно больше межплоскостного . В этих магнетиках можно указать направления Ю , вдоль которых дисперсия магнонов ¿к мала. При малом изменении параметров АоО ,

i/'изоэнергетическая поверхность достигает вдоль этих направлений границы зоны Бриллюэна, где велика плотность состояний. В трехмерных магнетиках на тех же частотах ( ti00^ ) изоэнергетическая поверхность локализована в центре зоны Бриллюэна, где плотность состояний мала. В соответствии с этим коэффициент двухмагнонного поглощения в низкоразмерных магнетиках значительно превосходит величину аналогичного поглощения в трехмерных магнетиках.

Приведем зависимости для Г7 в квазидвумерном тетрагональном ФМ (в приближении ближайших соседей) на частотах ibi^d. Если ки)>Ъ.ч)о= 4\mW7Tfin , то

о ■, , « ч О : (4а)

с» ^oikC^M

Z-kWo VC-kuf*?*-

■ (4б)

13?, (4в)

где ^И^ъСР + Ш^Р*-) рНь-ГН^ЧУ . ТГ. ~

объем элементарной ячейки, уб - одноионная анизотропия (¡3-^0 в ЛПФМ; р>0 в ЛО ФМ и поэтому Р ). Значение (4а) спра-_ ведяиво при Н>Н1 - (46) при Н±>И~>Иц. - (4в) при Иг>И>0 для ЛП ФМ и ¡<Нг>рН > Р> для ЛО Ш. Вид функции Гсг)СИ) при и)> и)о представлен на рис. I.

н

Рис. I.

В интервале полей АрН= ЧУ происходит быстрое изменение Экспериментальное измерение А И позволяет вычислить величину слабого обменного взаимодействия И . При изменении магнитного поля в интервале И > Нг. на

концах его I "ЭГ^ со.

I НИ I Отметим, что с уменьше-

нием частот СО картина поглощения на рис. I. будет смещаться влево в область меньших полей.

В работе вычислено также поглощение энергии для квазиодномерного ФМ. В этом случае Г ^ выражается в виде интегралов от полных эллиптических интегралов первого рода.

Проведено сравнение величин Г^ и Гв низкоразмерных ФМ с Г0)в трехмерном ФМ ¿У'^'У} и показано, что ЛЩ. ;

Учтено влияние диполь-дипольного взаимодействия на зависимость Г от Н • Особенности р7^) в полях Н,а , Н± при этом остаются хорошо выраженными Н^^ У) , что позво-

ляет извлекать надежную информацию о величине изотропного обменного интеграла У.

В процессе каких исследований появились экспериментальные результаты Г? ] по измерению Г квазидвумерном ФМ Си рц. Сравнение показывает хорошее согласие теоретических и экспериментальных зависимостей. ->»->_>,

Если ВЧ поле ^ Д. М и НИ М II ^ фотоны участвуют в процессах с нечетным числом магнонов. В этом случае коэффициент поглощения в одноосных ФМ был найден в Е8] , где использовалось представление Дайсона для спиновых операторов. В приложении I диссертации показано что те же результаты можно получить используя представление Гольдстейна-Примакова. & Коэффициент поглощения, найденный с точностью до £ г вдали от обычного ФМР, определяется процессами с участием трех

магнонов. При низких температурах и высоких частотах

фотон совместно с "тепловым" магноном рождает два ыагнона. Имеет место, конечно, и обратный процесс. В квазиодномерном ФЫ плотность состояний велика не только в низкоэнергетической области, но и в высокоэнергетической области спектра. Поэтому, если частота if , где С/ - обмен в цепочке, процесс-

поглощения может связать два участка с высокой плотностью состояний магнонов. Это обеспечивает заметный коэффициент поглощения ВЧ энергии, величина которого значительно превышает соответствующее значение в трехмерном ФМ, Выявлены условия, при которых проведенное рассмотрение становится пригодным для квазиодномерных АФМ

В одноосных и ромбических магнетиках в упорядоченной фазе в отсутствие поля моменты подрешеток располагаются вдоль осей симметрии. При наличии магнитного поля моменты отклоняются от начальных направлений на некоторый угол, величина которого зависит от поля и температуры. Этот угол удобно находить из уравнения, которое получено в первой главе. Если ФМ описывается гамильтонианом СК , то в системе координат, в которой ось 2: связала со средней намагниченностью [3 J , выполняется соотношение Преобразуем его учитывая, что ^ повернутой системе координат гамильтониан имеет вид ХК= ^ V" , где V - часть гамильтониана пропорциональная операторам £вк . После этого получим

</ X tffl^W'*-***'**^ = О, (5)

£ о

где С = Т • Это уравнение позволяет в выбранном приближении найти в магнетике направление средней намагниченности.Уравнение (5) используется в главах 4,5 при исследовании фазовых переходов в ФЫ и АФМ на Н-Т плоскости.

Во-второй главе исследуется роль низко- и высокочастотной областей повышенной плотности состояний магнонов в формировании ВЧ свойств низкоразмерных АФМ, находящихся в коллинеарной фазе. Двухподрешеточные АФЫ характеризуются двумя ветвями магнонов £±Cic)t и для них можно указать четыре процесса по- .

глощения ВЧ энергамсучастием двух магнонов. Они определяются следующими законами сохранения энергии = А£г ( ю) ,

ао

где (- = 1,2,3,4 нумерует вид процесса, ¿3 Л £ з = £±(&) — ¿¿(^ ' Суммарный и разностный про-

цессы Й и 4 специфичны для систем с двумя степенями_свободы.

В коллинеарной фазе одноосного А.Ш типа ЛО при 1а , параллельном оси анизотропии, энергия ВЧ поля не поглощается (выполняется соотношения (2)). Введение в гамильтониан АФМ магнито-дипольного взаимодействия, как было показано в [9] , разрешает поглощение энергии только в разностном процессе.

В этой главе показано, что ВЧ энергия поглощается во всех четырех процессах, если АФМ является двухосным. Гамильтониан такого магнетика в поле выбран в виде(подрешетки не выделяем)

1С -1-2ОТ- {2

ьем * <г ^ е. & }

У > О ~ АФМ обмен, > р> О - аксиальная и ромбическая константы анизотропии, ось - легкая ось. Коллинеарная фаза [10] является устойчивой в полях Ос Н < Ноп .

Вычисленный двухмагнонный коэффициент поглощения в этой фазе имеет вид

I _>.

Величины М^С^) связаны с коэффициентами!/, линейного преобразования, которое диагонализует в двухподрешеточном АФМ квадратичную форму по бозе-операторам. В приложении 2 рассмотрена диагонализация общей квадратичной формы двухподрешеточного АФМ.

Для тетрагонального расположения магнитных ионов найдены зависимости Г\ от частоты, поля и температуры в квазидвумерных и квазиодномерных АФМ при . На фиксированной частоте при изменении поля в ¡1 квазидвумерного АФМ проявляются две особенности плотности состояний магнонов (центр и граница зоны Бриллюзна вдоль слабодиспергирунцего направления). Полевой интервал между ними, как и в ФМ, связан с величиной У . Зависимости от Н подобны зависимости изображенной на рис. I. Более сложные зависимости от Н }Т имеют Г^у . Выражение (7) справедливо для произвольных частот ипгагсму п£игодног{иисследовании поглощения в трехмерных АФМ, в которых Г- могут

иметь значительную величину на частотах инфракрасного диапазона ^ц. Эффекты подобного рода рассмотрены нами в применении к двухосному АФМ /Ус \А/0ц,

Значительная плотность состояний в низкочастотной области спектра магнонов низкоразмерных АФМ проявляется и в термодинамических свойствах. Важными характеристиками при описании таких свойств являются значения активационных энергий в спектре магнонов и намагниченность подрешеток кристалла б" . Температурная зависимость щелей спектра £ (Т) определяется процессами взаимодействия магнонов [II"] . При экспериментальных исследованиях часто анализируются сравнительные температурные зависимости этих параметров. В простых трехмерных АФМ обычно реализуется зависимость Для ряда квазидвумерных одноосных АФМ отмечалась зависимость щели, пропорциональная намагниченности ££т)~ в широком температурном интервале, достигающем Тд/ / й . Показано, что пропорциональность частот АФМР в нулевом магнитном поле АО относительно высоких температур является свойством характерным для низкоразмерных АФМ. Проанализировано выражение для спектра магнонов, найденное с учетом их взаимодействия. Ввиду имеющейся в задаче симметрии простое для анализа выражение получается при рассмотрении в решеточном /£ -пространстве. Вместо двух сортов магнонов при традиционном подходе у нас фигурируют магноны одного сорта с энергией £к .

Частотам АФМР отвечают магноны с ¡с - О , 1С = К а = 3 (&*•(■ 6*4- С*) . где Я.* С* базисные векторы обратной решетки. Найден температурно перенорыированный спектр магнонов £ к. (Т). Для частот АФМР имеем

£пСГ) = С*(Т)- #СГ) 7, (8)

где У1 »1,2 соответствует 1С-о н \С - Ко, ¿те ЦТ) пропорциональна энергии АФМ. Проанализирована температурная зависимость (8) для трехмерных и низкоразмерных АФМ. Установлено, что, в отличие от трехмерных магнетиков, в низкоразмерных АФМ в достаточно широкой области температур зависимость (8) будет определяться лишь температурной зависимостью €~Ст) , а температурная поправка за счет ¡г£ (Т) будет малой по дополнительному параметру ( в квазиодномерном и вгС* в квазидву-

мерном АФН (У , £ С/) . Имевшиеся экспериментальные данные, а такге вновь полученные по исследованию температурной зависимости щелей спектра магнонов на двухосных АФЫ - квазиодномерном С^Мп 3 - 2 0 и квазидвумерном 6 а. Ми убедительно подтверждают выводы теории.

В третьей главе исследуются особенности поглощения ВЧ энергии низкоразмерными двухосными АФМ в угловой фазе (1-1 > Нол). Здесь ситуация усложняется по двум причинам. Во-первых, усложняется структура гамильтониана в бозе-операторах. В этой фазе гамильтониан содержит слагаемые, как из четного (только такие и были в коллинеарной фазе), так и нечетного числа сомножителей бозе-операторов. Во-вторых, усложняется выражение для высокочастотной восприимчивости. В представлении Гольстейна-Прииакова - это бесконечная сумма по степеням З'1 запаздывающих двухвременных функций Грина, Также как и в приложении I легко показать, что при вычислении высокочастотной восприимчи-вретн с нужной точностью по З'1 необходимо вычислить конечное число функций Грина. Рассмотрение, как и в главе 2 , ведется в терминах магнонов одного сорта. Это позволяет записать гамильтониан и проводить последующие вычисления в более компактном "фарроподобном" виде. Детальное рассмотрение возможностей, заложенных з этом подходе, проведено в недавно опубликованной работе [12] . Для низкоразмерных АФМ важную роль в формировании высокочастотных свойств играет наличие в гамильтониане слагаемых вида ( ёк - операторы рождения и уничтожения магнонов)

¿2,3

описывающих взаимодействие трех магнонов. Вначале рассматриваются особенности коэффициента поглощения однородного ВЧ поля Г^ в случае, когда II £ . Из (I) следует, что, если ограничиться при вычислении Г7 точностью , необходимо определить функции Грина вида

« ,« С.1 С.УХ, «СШб*

Первые две - нормальная и аномальная одночастичные функции Грина, третья - двухчастичная функция Грина, через которую выра-

гался коэффициент двухмагнонного поглощения в ФМ и в коллине-

&

0

арной фазе АФМ. При вычислении запаздывающих функций Грина использована их связь с температурными функциями Грина, которые находились известными диаграммными методами [13. Полученное выражение для коэффициента поглощения энергии удовлетворяет неравенству 0 , обеспечивающему положительность поглоща-

емой энергии и обладает правильными асимптотическими свойствами: при произвольной частоте Г^— 0, если О • Общее выражение для значительно упрощается в некоторых предельных случаях. Если О) » и) к0 или цз«^^,,, то

где ; РК = ^СР-Р) ,

; из » иЗиг. ,

; и; ^Ко ■

В этих частотных областях имеет вид обычного двухмагнон-ного коэффициента поглощения. Однако амплитуда этого процесса является перенормированной. Эта перенормировка формируется через нормальную и аномальную функции Грина под воздействием процессов взаимодействия магнонов (9).

Вычисление суммы в (10) при частотах ^со —¿Е„в случае квазидвумерного АФМ приводит к результату подобному (4). Обе особенности плотности состояний магнонов (центр и граница зоны) проявляются в Г^, если ^Ы ( ¿л - энергия, при,которой изоэнергетическая поверхность касается границы зоны Бриллюэна в направлении слабой связи). В этом случае

рсг)

как функция поля, в интервале полей = , резко

меняется и на концах интервала имеет по полю корневые особенности. Разность квадратов полей И± и Нг для частот определяется выражением

/<г(Н*- Н?) = (И)

что указывает на возможность экспериментального определения величины слабого межплоскостного обменного взаимодействия . В квазиодномерном АФМ соответствующие поля Н ¿убудут находиться из соотношений ii.iv = 2 ¿СН1, к-1) , где 1С с -характерные точки зоны Бриллюэна.

Поглощение (10) приведено для частот СО далеких от час-

тоты обычного АФМР и поэтому его следует назвать нерезонансным, хотя, как показывают оценки, в низкоразмерных АФМ оно не уступает по величине поглощению в условиях обычного резонанса.

Показано, что при поляризации высокочастотного поля нерезонансное поглощение энергии происходит за счет комбинационных процессов суммарного и разностного типов.

—>

В случае, когда Н II > угловая фаза реализуется, начи-

ная с нулевых магнитных полей. Все результаты для этого направления поля легко получить из случая ИII £ простым переобозначением констант анизотропии.

Нерезонансное (двухмагнонное) поглощение (Ю) было обнаружено нами в квазиодномерном ШкСхМпСв} • -2 Иг. О . Более детальные экспериментальные исследования по выявлению нерезонансных полос поглощения в этом и квазидвумерном АФМ В>а Мч /~у при различных направлениях Ть , Н относительно осей кристалла проведены в [14, 1Ь~] . Описание экспериментальных полос поглощения с помощью (10) позволило из соотношений подобных (II) определить У в этих кристаллах.

В случае, когда ю ~ 1дК , для реализуется другой предельный случай

П^ (12)

где ^ 2 - 2 2 . Величина

пропорциональна плотности состояний магнонов с удвоенной

энергией £ & и описывает затухание магнона £ Ко . Вследствие сильной зависимости от внешнего поля и наличия близко расположенных к £а особенностей ^ (£-) , последняя резко меняется с изменением Н от поля опрокидывания до полей, когда происходит охлопывание изоэнергетической поверхности ~Рьи)~

Благодаря такой аномалии затухания £ ка наблюдается интенсивная полоса поглощения, когда частота ВЧ поля попадает на крыло оптической линии. Подобное поглощение было впервые обнаружено в Во, Ми /~у и детально исследовано в угловой

фазе в работе ¿"15^. Линия £/с0 не только уширяется, но и перенормируется £ <в = ё Ко — л€ >с0 (в трехмерных АФМ А £ е: рассматривалось в )• Б низкоразмерных АФМ особый интерес представляет поправка, формируемая взаиыодействи-

ем (9), которая приводит к выраженным особенностям при изменении поля. Они обусловлены тем,-что изоэнергетическая поверхность ¿.¡с0= Я£\с при изменении поля в интервале Н±-Нг, (в квазидвумерном АФМ) достигает особых точек зоны Бриллюэна. При этом С1-1) .оставаясь непрерывной, в точках Н± и И&

® Г-Ч У I

имеет корневые особенности вида ¿Цъ,Н1>Н£Нл).

В интервале полей аН^НсМ^, Г«, 11Н имеет "провал" достигающий нескольких процентов от £Ко . Подобная перенормировка Юр,, была экспериментально обнаружена в В>аМцРч ¡1ь],

В четвертой главе изучаются ориентационные фазовые переходы второго рода на Н-Т плоскости в ЛО и ЛП ФМ с одноконной анизотропией произвольной величины при наличии магнитного поля перпендикулярного Л0 и ЛИ. Рассмотрение проводится в системе координат, связанной со средней намагниченностью. В начале главы на примере задачи с величиной спина ¡3 = £ обсуждается необходимость учета корреляционных одноузельных функций. Далее для произвольных 0 развивается метод построения уравнений, описывающих фазовую кривую, при котором обменное (разно-узельное) взаимодействие рассматривается в приближении молекулярного поля, а одноионная анизотропия учитывается точно. В этом приближении уравнение фазовой кривой для ЛО ФМ в поперечном поле получим, если воспользуемся соотношением (5):

из,

о

где усреднение проводится с молекулярнополевым гамильтонианом -^^¿•УсбЧ/чн)^-"!!- . Это уравнение совместно с

- самосогласованным образом описывает линию фазо-

вых переходов при произвольной величине 0 и произвольном отношении • В диссертации уравнение (13) детально про-

анализировано для = В частности, при /3 >>%оно имеет

простой вид а

... = '

где Но - У/3 У о - значение критического поля перехода из угловой фазы в парамагнитную при Т= О [з} , Тс-^о- температура Кюри. Теоретические выводы иллюстрируются численным расчетом фазовых кривых на Н-Т плоскости для ^ - 4. и различай

ных значений параметра Р/^о • На ферромагнитных соединениях Л¿Нг.0 и А/1£гР6 - проведено сравне-

ние с экспериментальными результатами.

В случае ЛП ФМ во внешнем магнитном поле перпендикулярном ЛП получено уравнение фазовой кривой, подобное (13). Решения этого уравнения найдены в классическом и квантовом случаях. В первом случае($-> ©о) фазовые диаграммы имеют при любой величине анизотропии вид, подобный изображенному на рис.2 при £/Зо - О. В работе построены диаграммы прк различных значениях уЗ/^о и показано, что при Т- О имеется лишь одно рЦ- поле перехода из угловой в парамагнитную фазу.

Совершенно другие результаты получаются при решении квантовых самосогласованных уравнений для фазовых кривых, полученных при конечной величине спина. Важным следствием является то, что при ГГ- 0 возможно существование нескольких критических значений поля перехода из угловой в парамагнитную фазу. Эти значения поля определяются выражением

где И- - целое число, принимающее значения Я ё £ для целых $ и О < я £ $ - для полуцелых $ . В (1Ь) при И,- О и п.- $ (целые $ ) необходимо опустить нефизические значения } Поле -%) определяет максимальное,

а = -|-\/1- г > гДе Уо , минималь-

ное поле перехода из угловой в парамагнитную фазу. Для целых $ в полях (^существует парамагнитная фаза, если (3>Р>ьр-

Это условие обобщает известный для £ ( /3 > Ч-Уо ) критерий Мория [4] о том, что упорядочение в ЛП ФМ при И- О не наступает вплоть до Т = О , если /3 > /3 ^ . При других значениях УЬ критические поля Н^ существуют, если

Я, {№+ . (16)

При выполнении этого условия в области полей И > Н Х+± существует угловая фаза, авН£>Н>Н^ - парамагнитная фаза. При /3= Н£= НИ и с уменьшением ¡3 в этом

поле происходит "отрыв" фазовой кривой от оси полей. Максимальное число критических полей перехода из угловой в парамагнит-

ную фазу приТ= 0 равно Z$ . Для систем с полуцелым спином угловая фаза существует в сколь угодно слабых полях при произвольных значениях анизотропии, в го время как для целочисленного спина это возможно лишь при р £ р ¡ср .

Решение уравнений в случае гр1 о . проведено численно для ФМ, имеющих величину спина 0 = 1, , Я , при нескольких значениях параметра ¡¡¡Уо . На рис. 2 сплошными линиями показаны результаты такого решения в случае Ш с . Из

рисунка видно, что при р> Уо область угловой

фазы перестает быть односвязной. Следует обратить внимание на то, что при небольшом изменении /3 (например, давлением) в районе уЗ= уЗ и. фазовые кривые испытывают значительные изменения (сравни на рис. 2 кривые для » 6,9 иД /— 6,96).

Ю

г*

?Г

Агм

\

О 0.Н 08 12 16 О М 0» « 1в О <М 0* 12 16 О М ОЛ 12 16

Рис. 2.

В этой же главе показано, что классический подход при /5/У« » 1. справедлив, если £ » ^¡У,. В случае ¡>-1 проведен анализ устойчивости угловой и парамагнитной фаз при Т= О (приложение 3), результаты которого подтверждают предположение об отсутствии фазовых переходов первого рода в таких магнетиках.

В пятой главе на Н-Т плоскости исследуются кривые фазовых

переходов второго рода в АФМ с одноионной анизотропией типа ЛП при направлении магнитного поля перпендикулярно или параллельно ЛП.

В случае, когда направлено перпендикулярно ЛП фазовые диаграммы исследованы в классическом и квантовом подходах. Классические диаграммы при любых значениях ^//У»/ подобны друг другу и имеется, как и в случае классических диаграмм ЛП ФМ, лишь одно поле перехода из угловой в парамагнитную фазу. При конечной величине спина квантовые особенности, присущие фазовым диаграммам ФМ, сохраняются и в АФМ (см. рис. 2 для 0= 3/£ - пунктирные линии) При таком направлении поля фазовые диаграммы АФМ отличаются от фазовых диаграмм ФМ тем, что поля перехода из угловой в парамагнитную фазу в АФМ увеличиваются (обменное усиление).

В поле, направленном в ЛП, фазовые переходы в ФМ отсутствуют, а в АФМ они проявляются на линиях, вид которых определяется уравнением

рн= 2Ш<£*> , (I?)

где усреднение проводится с гамильтонианом ИИ .

2 ^ 2

Простую форму уравнение (17) приобретает, когда уЗ -О , рН- > гДе аргумент функции Бриллюэна у- А^^г •

Если уЗ 4 о , то для $ - £ ' , имеем

IV I,

где ¿-р - ^ [{№)*'+ . Из (18) легко получить

критическое поле перехода из угловой фазы в парафазу при Т- О [18]и выражение для (Н = о) . Важным следствием (18) является то, что при ¿у/7о/—/3—> + О область угловой фазы стягивается к началу координат Н-Т плоскости. В работе показано,что это имеет место и при других целых значениях , когда (З^р- > + О (при р > /2 область угловой фазы на Н-Т плоскости отсутствует). Если спин полуцелый, то область угловой фазы не исчезает и при > сх> .В этом предельном случае область угловой фазы ограничена кривой

f<H - -^¡r- ^(ИНI/4S(S+1)+¿/Вт) .

Показано, что при таком направлении магнитного поля, фазовые диаграшы не содержат особенностей при /3= /?«. и область угловой фазы, если она существует, остается односвязанной при изменении . В работе численно построены фазовые кривые для

£= i., , подтверждающие результаты теоретического ана-

лиза.

В иестой главе диссертации с помощью метода двухвременных запаздывающих функций Груда исследованы дкнгшические и термодинамические свойства нагнетиков с сильной одноионной анизотропией и величиной спкна g-d. • При таком рассмотрении учитываются флуктуации, что позволяет уточнить результаты глав 4, 5 и выявить новые динамические свойства.

В первой части глава анализируется спектр магнонов парамагнитной фазы ЛП Ш и АОУ. При расчете, появляющиеся из-за одноионной анизотропии высшие функции Грина сводились к низшим с помощью кинематических тождеств [19] , а высшие разно-узельные функции Грина расцеплялись в приближении случайных фаз. В поле, направленном перпендикулярно ЛП, частоты имеют вид

«ц»=/«♦«.-££ <19>

где 6" - и X-i - параметры самосогласова-

ния, уравнения для которых здесь не выписываются. По смягчению коллективной моды иЭд, в определенных точках аонл Бриллюэна ( К - О в Ш и ¡<о в ASM) при изменении Н и Т судят о наличии фазового перехода второго рода. Для рассматриваемых магнетиков показано, что зануление низкочастотной ыоды является не-обходшш, но на достаточным условием существования фазового перехода, базовая граница находится из условия расходимости потрзчкой магнитной восприимчивости. Зануление же моды СО а определяем не только лини» фазовых переходов, ко и линию нулевой частоты (ЛНЧ), на которой поперечная восприимчивость имеет только максщум. Получены уравнения ЛНЧ и фазовой кривой на Н-Т плоскости. Найдены такие характерные точки, фазовой кривой (ниже приводятся значения для Ш), как J*H7- \\/Z и температура упорядочения % [Н-О) , которая существует, если р^ /¿¡¿р ,

и находится из соотношения:

Ч , Р - Р

з + 2 Л/И

Результат молекулярного поля следует из (20), если положить У^-б». Устремляя в (20) Т^ к нулю, получил перенормированное флуктуациями значение . В трехмерном Ш для простой кубической решетки в приближении ближайших соседей ¡Зир^!, (>Уа, что меньше молекулярнополевого значения . При /3 >уЗ и-р существует и второе критическое поле перехода из угловой фазы в парафазу Н± • На примере этого поля показано, что с ростом анизотропии происходит подавление флуктуаций. В области температур ТУ* найдены зависимости полей

температуры. Эти зависимости с экспоненциальных (приближение молекулярного поля) меняются на степенные. Если уЗ»С7в , то верхнее и нижнее критические поля меняются симметрично ~ ^Т/СГо)3^. Установлено, что наиболее существенно влияние флуктуаций проявляется в одномерных и двумерных системах - область угловой фазы в них существует только при Т=гО . Найдены координаты Тлр , Н к-р точки окончания ЛНЧ на фазовой кривой. В высокотемпературной области на ЛНЧ максимум поперечной восприимчивости слабо выражен, с понижением температуры он обостряется и в ТЦ, > Ц>ср уходит в бесконечность. Отмечается интересная особенность ЛНЧ - на ней частота магнонов зануляется при произвольных значениях К . Очевидно, что энергетическая зона магнонов ветви при подходе к ЛНЧ сужается и соответствующая им плотность состояний резко возрастает. Показано,что ЛНЧ существует и в парамагнитной области ЛО магнетиков. В ЛП магнетиках ЛНЧ в приближении молекулярного поля соответствует пересечению основного и возбужденного уровней, а в ЛО - возбужденных уровней. Проведен анализ фазовой границы и ЛНЧ в АФМ.

В этой же главе исследуются динамические и термодинамические свойства ФМ, характеризуемого двухосной сдноионной анизотропией. Важность такого исследования определяется тем, что в последнее время синтезирована целая группа квазиодномерных магнетиков со значителнной величиной ферромагнитного обмена в цепочке и сильной одноионной анизотропией. В работе .внимание

уделено одноцу из них - квазиодномерному T^AAiC . Этот кристалл ( TV =■ 3,67 К) состоит из двух семейств магнитно-неэквивалентных ферромагнитных цепочек, слабо связанных мезду собой АФМ обменом, что позволяет ограничиться при Т= О рассмотрением одноподрешеточной ФМ модели. Резонансные частоты найдены в методе функций Грина. Поскольку нас интересуют частоты не только в парамагнитной, но и в угловой фазе, это ведет в двухосном ФМ с £ = ± к зацеплению восьми функций Грина. Для трех ненулевых частот и)i , характеризующих спектр возбуждений ФМ, в парамагнитной фазе получены аналитические зависимости от констант аксиальной D и ромбической Е~ анизотропии, обмена ^о , а также от величины и направления магнитного поля. В угловой фазе частотно-полевые зависимости при различных величинах констант получены численно. Проведено сопоставление экспериментальных и теоретических частотно-полевых зависимостей. Из сравнения теоретических значений щели спектра и полей перехода из угловой в парамагнитную фазу с экспериментальными найдены значения У0?Ъ,Е данного магнетика. Обсуждается, наблюдаемое в эксперименте удвоение резонансных линий. На основе проведенного анализа высказывается предположение о возможном структурном фазовом переходе в кристалле TMA/VC при ТС 300 К.

В седьмой главе рассматриваются ориентационные свойства систем с более низкой, чем в предыдущих главах, симметрией взаимодействий. Во введении к главе обсуждаются экспериментальные работы, в которых подобные эффекты наблюдались. Нами теоретически исследовано температурное вращение главных осей тензора» магнитной восприимчивости l^ij в разбавленных парамагнетиках и легкой оси намагничивания в ФМ и АФМ под воздействием моноклинной компоненты магнитных взаимодействий. В модель спинового гамильтониана парамагнетиков моноклинность введена путем предположения, что главные оси тензоров магнитной анизотропии ( bij ) и ^ - фактора (^¿к) не соосны (для простоты рассматривается случай разворота только двух осей в плоскости эе^). В такой модели изучено поведение Xij в области низких и высоких температур. Установлено, что изменение ориентации эллипсоида восприимчивости в отсутствие магнитного поля пропорциона-

2Й

льно константе монсклинносги F . Наличие магнитного поля вносит дополнительный вклад в уже имеющийся эффект температурного вращения тензора восприимчивости. В области высоких температур для произвольной величины спина найдены компоненты тензора yCij при направлении магнитного поля вдоль оси симметрии 2- и перпендикулярно ей. Показано, что в области высоких температур направление главных осей тензора восприимчивости парамагнетика близко к положению главных осей g -тензора и при Т-*» °° совпадает с ними. При определенном выборе параметров спинового гамильтониана (например, если ромбическая константа Е>0 ) в области высоких температур

возможно вращение на большие углы. В низкотемпературной области поведение %ij детально исследовано для $!=d. и показано, что положение его осей относительно осей ^ ~ тензора определяется соотношением между параметрами исходного гамильтониана. При этом, как и ранее, величина угла поворота пропорциональна константе моноклинности. Вращение происходит либо в пределах угла oi , определяемого отношением -tejZd = F/E , если В>0, , либо в пределах угла JL-d, если

>о , ^х Найдены соотношения ыезду параметрами, при которых наблюдается наиболее заметное изменение ориентации эллипсоида восприимчивости при изменении температуры и магнитного поля. Вращение его осей имеет место и в парамагнетике с ромбической симметрией, если направление магнитного поля не совпадает с осями кристаллического поля. Эти выводы в работе подтверждаются численными расчетами для $ =d. при различных соотношениях между параметрами гамильтониана.

В работе теоретически показано, что в моноклинных магни-тоупорядоченных кристаллах ось, вдоль которой направлена средня няя намагниченность в ФМ (или вектор антиферромагнетизма в ASM) в отсутствие магнитного поля меняет свое направление при изменении температуры. Моноклинность задается введением двух тензорных взаимодействий одноионного и разноионного характера, главные оси которых не совпадают. Гамильтониан одноионной анизотропии (с выделенной осью Ъ ) записывается в виде

^^l&J^t где $ - константа одноионной анизотропии. Гамильтониан одноосной разноионной анизотропии с выделенной

осью i' (ось 2:f развернута относительно 2 на угол '-Р ) выбран в форме itfPA=- j; Z ,Рег№'$е' • гДе fee" ~

константа разноионной ашзотропии. Магнитные свойства системы формируются под воздействием обменного взаимодействия и обеих анизотропии. Моноклинность в магнетике появляется« если 0< . Угол if является одним из параметров, характе-

ризующих кристаллическую структуру, и в области температур, где отсутствуют структурные фазовые переходы, считается не зависящим от температуры. Соотношения между константами анизотропии выбраны так, что легкая ось расположена в плоскости С£ Ъ') под углом О к оси Ъ . В области низких температур рассмотрение проведено в спин-волновом приближении. В главном приближении по малому параметру температурный эффект «поборота легкой оси проявляется при записи гамильтониана в квадратичном приближении по бозе-операторам. При Т~ О найдены значения угла 6=6о в ФМ и АФМ. С ростом температуры легкая ось отклоняется от направления, занимаемого ею при Т- 0 , на угол Ч^ . Явный вид зависимости ^ от Т определяется зависимостью фурье^компоненты разноузельной анизотропии от волнового вектора К . Если в области малых значений /с y°je -ро-рС&к)3- , У/с - Л ~ СО- * , то при <¿¿7« & ( в. о - энергия активации иагнонов) в ФМ Ф ^ 57 и 2 ^ (V /вс)Г^г-При тех же предположениях в АФМ угол ^fcnZ'?СГ/дь)¥ • Таким . образом температурный разворот легкой оси в ©М и АФМ имеет место при моноклинной симметрии магнитных взаимодействий ( Vs4 0, fi/Z )• Получено неявное выражение (через параметры самосогласования) для угла &■ , определяющее его значение в широкой области температур в ФМ и ASM. Проведен анализ этого выражения в приближении молекулярного поля для &= i. .

В заключении резюмированы основные результаты реферируемой диссертации и делаются необходимые выводы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

I. Показано, что в низкоразмерных магнетиках интенсивность нерезонансного поглощения, линейного по входной мощности,значительно превосходит величину аналогичного поглощения в трехмерных магнетиках. Эти особенности поглощения в ферро- и анти-

ферромагнетиках с пониженной размерностью обусловлены наличием высокой плоскости состояний магноноз вблизи их энергии активации.

- 2. Исследован коэффициент двухмагнонного поглощения энергии одноосными кваз ио дно местами ^и квазидвукеркыкл ферромагнетиками в условиях, когда Н ИМ II И. ( Н я £ ~ постоянной и переменное магнитное поле, [VI - средняя намагниченность). Установлены связи параметров спектра поглощения с такими характеристиками системы как сильное и слабое обменные взаимодействия, анизотропия. ^ ^

3 условиях НИ М X Ь выявлены особенности коэффициента поглощения энергии квазиодномерными ферромагнетиками, обусловленные взаимным проявлением высокой плотности состояний в низко-и высокоэнергетической частях спектра магнонов.

3. В коллинеарной фазе двухосных низкоразмерных антиферромагнетиков исследованы четыре типа процессов поглощения высокочастотной энергии с участием двух магнонов из первой (или второй) или из разных ветвей спектра. Особенности, проявляющиеся в этих процессах поглощения, являются следствием изменения топологии изоэноргеткческой поверхности в пространстве квазиим-цульсов при изменении частоты или магнитного поля.

Показано, что высокая плотность состояний з низкоэнергетической части спектра магнонов в коллинеарной фазе нкзкораз-ыерных АФМ проявляется не только в значительной интенсивности двухмагнонных процессов, но и в том, что температурная зависимость щелей спектра магнонов пропорциональна температурной зависимости намагниченности подрешеток а не [ характерной для трехмерных систем.

4. Получено общее выражение для коэффициента поглощения ВЧ энергии Г в угловой^фазе двухосного АФМ. Рассмотрение проведено в расширенном /С - пространстве с использованием "фар-роподобных" магнонов. Показана необходимость учета гамильгонга-на трехмагнонных взаимодействий в формировании ВЧ-свойств. В случае Ц 11 Н коэффициент Г отличен от нуля благодаря ромбической анизотропии.

В различных частотных интервалах получены-предельные выражения в случае квазиодномерных и квазидвумерных АФМ. Выявлены

аномалии в поведении оптической частоты и ее ширины при изменении магнитного поля. Показано, что отношение интегральных интенсивно-стей полос нерезонансного и АФМР поглощения в низкоразмерных АШ может быть порядка единицы. Обнаружено интенсивное двухмагнонное поглощение в квазиодномерном АШ С^МпСб^-¿Н^О

5. Детальное сравнение полученных в диссертации теоретических результатов с экспериментальными, которые были выявлены при исследовании поглощения ВЧ энергии квазидвумерными ферромагнетиком К-г.Си ру и антиферромагнетиком ВаМ*л Рч и квазиодномерным С$ Мк СС} - 2 Н& 0 > указывает на их согласие не только качественное, но и количественное. Это подтверждает правильность выбранных теоретических моделей и методов описания магнетиков с пониженной размерностью в области низких температур.

Такие свойства нерезонансного поглощения, как линейность по входной мощности, резкая зависимость его от величины поля, изменение величины эффекта при переходе из одной фазы в другую, сильная температурная зависимость интенсивности поглощения позволяют рассматривать его в качестве нового метода исследования свойств низкоразмерных магнетиков.

6. Из общих соображений, без использования каких-либо приближений, получено уравнение, определяющее направление подрешеточ-ной намагниченности в ферро- и антиферромагнетиках с анизотропией в магнитном поле. Полученное уравнение является удобным при исследовании фазовых диаграмм второго рода на Н-Т плоскости, поскольку из него легко выделить тривиальное "парафазное" решение, а из оставшегося, путем предельного перехода, получить уравнение фазовой кривой.

7. При произвольной величине одноионной анизотропии и спина найдены самосогласованные уравнения, описывающие фазовые кривые на Н-Т плоскости в легкоосных и легкоплоскостных Ш-и АШ, находящихся в магнитных полях, параллельном и перпендикулярном оси анизотропии. Проанализированы решения этих уравнений в классическом и квантовом случаях при различных соотношениях между величиной обмена и анизотропией.

8. Для легкоплоскостных систем с целочисленным спином находящихся в магнитном поле, параллельном оси анизотропии, установлен обобщенный критерий Мория, который состоит в том, что для систем с анизотропией [Зис.р = СЗ+1) Уо, упорядочение не происходит при Н-0 вплоть до Т — О . В магнетиках с полу-

целым спином при любой величине анизотропии существует область угловой фазы, примыкающей к началу координат Н-Т плоскости, в то время как для систем с целочисленным спином это возможно только при Установлено,что для систем с $ > £ .увеличение ани-

зотропии приводит к увеличению числа локальных областей углобой фазы на Н-Т плоскости. Доказано,что указанные особенности являются квантовыми.

9. Показано,что фазовые кривые легкоплоскостных АФМ, для магнитного поля,расположенного в плоскости,при увеличении анизотропии изменяются различным образом в случае целого и полуцелого спина. При целочисленном спине с увеличением анизотропии область угловой фазы стягивается к началу координат Н-Т плоскости и исчезает, если Ркр . В случае полуцелого спина область угловой фазы существует при произвольном значении одноконной анизотропии и, если ¡Ъ-> »стремится к некоторой предельной области.

10. Получено уравнение,описывающее фазовую границу легкоплоскостных ФМ и АФМ на Н-Т плоскости с учетом шуктуацкй. Уточнен критерий Нория в случае ± и найдены зависимости критических полей от Т в низкотемпературной области.Показано,что понижение пространственной размерности системы до двух и одного измерений ведет к исчезновению области угловой фазы при Т 4 О .Исследована линия нулевой частоты,на которой обращается в нуль энергия низкочастотных магнонов при произвольных значениях волнового вектора.

Найдены коллективные моды в угловой и парамагнитной фазах и полях переходов между ними в ферромагнетиках с одноионной двухосной анизотропией. Определены магнитные константы для магнетика ТМАЛ/С .

11. Изучена температурная зависимость положения главных осей тензора восприимчивости в парамагнетиках низкой симметрии.Установлено, что в отсутствие магнитного поля зависимость существует

в парамагнетиках, обладающих моноклинной симметрией взаимодействий. Исследовано влияние магнитного поля на этот эффект. Получены условия, при которых вращение наиболее заметно.

Для ФМ и АФМ предложена модель с моноклинной симметрией взаимодействий, объясняющая температурную зависимость положения легкой оси в таких соединениях. __ ._

Показано, что в низкотемпературной области угол, характеризующий вращение намагниченности в ФМ (вектора антиферромагнетизма в АФМ) с температурой,изменяется пропорционально Т в ЙМ й

«SO

ij <

f 4 в АФМ.

Основные материалы,отражающие содержание диссертации,опубликованы в работах:

1. Переверзев Ю.В..Кутько В.И..Науыенко В.М..Звягин А.И.Двухмаг-нонное магнитодипольное поглощение в двухосном антиферромагнетике. Длинноволновой ИК спектр антиферромагнитного t^iWOu .- Физика конденсированного состояния, сб.ФТИНТ АН УССР, Харьков,1973,вып.26, с.96-110.

2. Звягин А.И.,Кутько В.И. .Науменко В.М..Переверзев Ю.В..Скоро-богатова И.В.Спектр магнонов моноклинного антиферромагнетика /VlWOif.Труды международной конференции по магнетизму, МКМ-73, М., Наука, Т. I,часть I, 1974,с. 273-274.

3. Переверзев Ю.В. Общие выражения для коэффициентов преобразования, диагонализующе го квадратичную форму двухподрешеточного магнетика. -Физика конденсированного состояния, сб. ЙШГ АН УССР,Харьков,1974, вып. 32, с.57-60.

4. Петутин А.И..Переверзев Ю.В..Звягин А.И. Особенности энергетического спектра антиферромагнитного 1С. МиF$ .обусловленные антисимметричным обменным взаимодействием. - ШТ. 1975, т.1, № 3. с. 341-351.

5. Переверзев Ю.В.«Степанов A.A. Особенности допорогового поглощения в низкоразмерных ферромагнетиках в магнитном поле,®Т, 1975,

I, № 10. I282-1286.

6. Андерс А.Г..Звягин А.И..Переверзев Ю.В..Петутин А.И..Степанов A.A. Двухмагнонное поглощение в низкоразмерном антиферромагнетике, ФНТ.1975, I, № II, I409-1412.

7. Переверзев Ю.В..Степанов А.А.Допороговое поглощение в низкоразмерных одноосных антиферромагнетиках,®Т,1976, 2, № 5,639-643.

8. Переверзев Ю.В..Степанов A.A.Нерезонансное поглощение СВЧ поля в низкоразмерных антиферромагнетиках,ФНТ, 1977, 3, № 3,351-355.

9. Переверзев Ю.В..Степанов A.A.Двухмагнонное поглощение в низкоразмерных двуосных антиферромагнетиках,ФНТ, 1977, 3,№4,502-506. 10. Степанов A.A..Переверзев Ю.В.К теории высокочастотных свойств иеколлинеарных антиферромагнетиков,Препринт ФТИНТ АН УССР,г.Харьков, 1978, 19-79, 29 страниц.

II. Anders A.G., Svyagin A.I., iereverzev Xu.V., Petunin A.I., Ste-paaov A.A. АВШ and subthxeshold two-aagaori absorptioa ia quasi-on diaenaional antiierromagaet СзМпСХ, 2^0. J. de Phisique, 1978.

v. 39, Suppl. S, GolZoq- C-6. p. 739-740.

2B

12. Лидере А.Г..Петутнн А.И..Переверзев Ю.В..Звягин А.И.Температурная зависимость антиферромагнитного резонанса в квазиодномерном двухосном анткферромагнетике C'S MnCfj-Z Hz.0 ,-ФНТ,1979,т.5,вып.6,

с.604-611.

13. Лидере А.Г.«Звягин А.И.,Петутин А.И.,Переверзев Ю.В.Температурная зависимость, щелей спектра и полос магнитоднполького ДЦП в квазиодномерном двухосном антиферромагнетике Cs Мп ZHz0 .Изв.АН УССР, сер.физич.,1980,т.44,вып.7., с.421-428.

14.Переверзев Ю.В.Особенности поглощения ВЧ энергия з процессах с участием трех иагнонов в квазиодномерном ферромагнетике.-ШТ,1981, т.7,вып.7, с.938-941.

15. Борисенко В.Г..Переверзев Ю.В.Температурное и полевое вращение эллипсоида восприимчивости в ннзяоеимметричных парамагнетиках.-ШТ, 1980,т.6,Я II, с.1435-1445.

16. Борисенко В.Г.,Переверзев Ю.В.Температурное вращение оси легкого намагничивания в моноклинных ферро- и антиферромагнетиках.-SFГ,1982, т.24,вып.5,с.1442-1444.

17. Борисенко В.Г.,Переверзев Ю.В.Изменение положения оси легкого намагничивания с температурой в моноклинных магнитоупорядоченных сн-стемах.-ШТ,1982,т.8,Ш, с.846-854.

18. Eorisenko V.G.. Pereverzev ïu.V. Specific features of the magnetic properties of iacnoolinic ferro- and antiferroxagnota. - J. Magn. and Haga. Mater., 1983, v. 31-34-, p. 867-868.

19. Борисенко В.Г.,Переверзев Ю.В.К теории фазовой диаграммы одноосного магнетика в поперечном магнитном поле. -$НТ, 1984, т Л0, , с.947-953.

20. Переверзев Q.B.,Борисенко В.Г.О фазовой диаграмме легкоплоскостного ферромагнетика в продольном магнитном поле.-ШТ,1984,т.26,

вып.4,с.1249-1252.

21. Борисенко В.Г.»Переверзев Ю.В.Квантовые особенности фазовых диаграмм легкоплоскостных антиферромагнетиков в магнитном поле.-ФНТ, 1985,т.II, » 7, с.730-736.

22. Борисенко В.Г.,Переверзев Ю.В.Влияние одноконной анизотропии на ориентационные фазовые переходы в легкоплоскостных авткфэрромагне-тиках.-ФГГ,1985.т.27,В 9, с.2771-2773.

23. Переверзев Ю.В..Борисенко В.Г.Спектр иагнонов и фазовые переходы в легкоплоскостных магнетиках.-Ш1,1987,т. 13,выпТИ,с.II85rI 193.

24. Андерс А.Г..Борисенко В.Г.,Волоцкйй C.B.,Переверзев Ю.В.Магнитный резонанс в квазнодноиерном соедкпенян[(СН^,л/Н0 с сильной анизотропией.-®НТ,1989»тЛ5,енпЛ,с.39-46.

- - Ê© -

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Се Jongh. L.J., Miedema A.B. Experiments on simple magnetic model systems// Adv.Phys. - 1974-» - V. 23, H 1. - P. 1-260.

2. Uermin И.О., Wagner H. Absence of ferromagnetism or «mtiferromag-netism is one- or two-dimensional isotropic Heisenberg models// Phys. Re-v. Lett. - 1966. - V. 17, N 21. - P. 1133-1136.

3. Локтев В.M.,Островский В.С.Квантовая теория одноосного ферромагнетика в поперечном магнитном поле/У УФЖ.-1978.-Т.23,№10.-C.I708-I7I7.

4. Morija Т. Theory of magnetism of Niig// Phys. Rev. - 1960. -V. 117, Jf 3. - P. 635-647.

5. Isuneto Т., Murao X. Spin ordering in a system with large anoso-tropy energy in a magnetic field//Phyeica.-1971—V.51»U2.-P. 185-196.

6. Каганов М.И.,Цукерник В.М.Нерезонансное поглощение энергии переменного магнитного поля ферромагнитным диэлектриком/УЖЭТФ.-1959.-Т.37, № 3.- С. 823/832.

7. Xamasaki К. Parallel pumping of the Brillouin-zone-boundary meg-nons in a two-dimensional ferromagnet JL^CvF^// J.Phys.Soo.Jap. -1974. - V. 37, И 3. - P. 667-672.

8. Пелетминский C.B..Барьяхтар В.Г.К теории высокочастотной восприимчивости одноосных ферромагнетико в//ФТТ.-1964.-Т.6,№1.-С.219-227.

9. Каганов М.И.,Чупис И.Е.О пороговом поглощении магнитной энергии в одноосном антиферромагнетике//ЖЭТФ.-1963.-Т.44,№5.-0.1695-1702.

10. Туров Е.А.Физические свойства магнитоупорядоченных кристаллов.-М.: Изв. АН СССР, 1963.- 224с.

11. Ogushi Т., Ноыва A. Theory of ferro- and antiferromagnetic resonance absorption// J.Phys.Soc.Jap. - 1961. - V. 16, К 1. - P. 79-94.

12. Алистратов М.И..Яблонский Д.А.Расширенная трансляционная симметрия в теории многоподрешеточных магнетиков.Спиновые волны,фазовые переходы,доменные границы в антиферромагнетиках типа Ц/и. // ЖЭТФ.- 1988.-Т.94, № II. - С. 194-207.

13. Барьяхтар В.Г..Криворучко В.Н..Яблонский Д.А.Функции Грина в теории магнетизма.-К.:Наук.думка, 1984.- 336с.

14. Андерс А.Г.,Звягин А.И.,Петутин А.И.Антиферромагнитный резонанс и двухмагаонное поглощение в низкоразмерном антиферромагнегике

СfM«Ce5- ZНа0//ШТ.-1977.-Т.3,№5.- С.649-662.

15.Андерс А.Г.»Волоцкий С.В.,Звягин А.И.Особенности СВЧ поглощения ..в ВлМ«Fy,обусловленные низкой размерностью, его магнитной структуры// ШТ.-1983.- Т.9,№ 12.- C.I239-I248.

3D

16. Прозорова Л.А.,Смирнов А.И.Поглсгение СВЧ энергии теплояккк магнонами в слоистом антифзрромагнетике За М i Fy //Письма в ЕИТ.5.-1976.- Т.23, № 3.- С.148-152.

17. Попов В.А..Скиданенко В.И. Зависимость от температуры резонансных частот двухосного антиферро;/лгнетика//5'ГТ.-1973.-ТЛ5,№ 3,-С.899-901.

18. Островский B.C. Спиновая конфигурация двухосных анткферромаг-нетиков в продольном магнитном поле//ФНТ.-1978.- T.4,J? 8.-С.1022-1031.

19. Потапков H.A.Функция Грина и термодинамические величины гейзенберговской модели с одноконной анизотропией // Ti-S.-1971.-Т.8,;?3.-С.381-391.

Ответственный за выпуск кандидат физ.-мат.наук Логинов A.A.

БЦ fi I883I,подписано к печати 15.0571989 г.,фго.п.л. 2,0, учетн.изд.л. 2,0.Заказ № 134, тираж 100 экз.

Ротапринт ШНТ АН УССР,310164,Харьков-164,пр.Ленина, 47.