МАГНИТОУПРУГИЕ ВОЛНЫ


МАГНИТОУПРУГИЕ ВОЛНЫ
МАГНИТОУПРУГИЕ ВОЛНЫ

       
волны, возникающие в магнитоупорядоченных кристаллах — ферромагнетиках и аптиферромагнетиках — в результате магнитоупругого вз-ствия. Упругие колебания ионов в крист. решётке относительно положения равновесия в магнитоупорядоченных кристаллах сопровождаются колебаниями спинов, а следовательно, и магнитных моментов; в свою очередь, колебания спинов, распространяясь по кристаллу в виде спиновых юли, вызывают смещение ионов. Поэтому в М. в. изменение намагниченности связано с изменением деформации и механич. напряжения. Магнитоупругое вз-ствие наиболее сильно проявляется в той области частот, где длина упругой волны оказывается величиной, близкой к длине спиновой волны. Дисперсионные соотношения, характеризующие зависимость частоты волны w от величины волн. вектора k=2p/l, в простейшем случае имеют вид: для спиновой волны wсп=g(H+ak2сп), а для продольных и поперечных упругих волн wуп=сlkуп и wуп =ctkуп, где g=e/mc0 — магнитомеханическое отношение для эл-на, е — его заряд, m — масса, с0 — скорость света в вакууме, Н — напряжённость пост. магн. поля, a — постоянная, связанная с обменной постоянной и с величиной угла между направлениями H и k, cl и сt — скорость распространения продольной и поперечной упругих волн (рис. 1).
МАГНИТОУПРУГИЕ ВОЛНЫ1
Рис. 1. Зависимость частоты спиновой волны 1 и упругих волн поперечной 2 и продольной 3 от волнового вектора.
МАГНИТОУПРУГИЕ ВОЛНЫ2
Рис. 2. Дисперсионные кривые спиновой волны и поперечной упругой волны в области вз-ствия.
Для волн, у к-рых значения w и k лежат далеко от области пересечения дисперсионных кривых, вз-ствие пренебрежимо мало, и спиновая и упругие волны распространяются независимо друг от друга. Если же частоты спиновых и звук. волн при заданном k близки друг другу, то магнитоупругое вз-ствие приводит к тому, что в области частот wзв »wсп возникает связанная М. в. В области пересечения дисперсионных кривых обычно наблюдаются сильное поглощение и дисперсия звука, что обусловлено переходом энергии звук. волны в энергию М. в., а затем в энергию спиновой волны.
Условие равенства частот упругой и спиновой волн имеет вид ck0=g(H++ak20), где k0 — значение волн. вектора, соответствующее частоте w0, при к-рой происходит пересечение дисперсионных кривых (рис. 2). При kk0 кривая 1 соответствует спиновой волне, а кривая 2— упругой. Б области пересечения кривых, т. е. при w»w0 и k»k0, существуют две связанные М. в. Расщепление дисперсионных кривых из-за магнитоупругой связи (величина Dw на рис. 2) обычно мало, т. е. Dw<-w0.
Вз-ствие спиновой волны возможно как с продольной, так и с поперечными упругими волнами, поэтому на дисперсионных кривых возможно существование неск. областей возникновения М. в. Вз-ствие спиновых и упругих волн происходит на высоких ультразвук. и гиперзвук. частотах, поскольку область существования спиновых волн ограничена снизу частотами =108 Гц. Верх. граница для М. в. также определяется возможностью получения спиновых волн и составляет 5•1010 Гц.
М. в. могут использоваться для преобразования звук. волны в спиновую и обратно. Наилучшим материалом для осуществления вз-ствия упругих и спиновых волн явл. ферриты, в частности монокристаллы иттриевого феррита-граната (ИФГ), обладающие очень малыми акустич. и ферромагн. потерями. На монокристаллах ИФГ изготовляют линии задержки для СВЧ.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

МАГНИТОУПРУГИЕ ВОЛНЫ

- волны, возникающие в магнитоупорядоченных кристаллах - ферро- и антиферромагнетиках - из-за связи между магн. и упругими свойствами вещества. Упругие волны, т. е. колебания ионов в кристаллич. решётке относительно положения равновесия, в магнитоупорядоченных кристаллах сопровождаются колебаниями спинов, а следовательно, и колебаниями их магн. моментов; в свою очередь колебания спинов, т. е. спиновые волны, вызывают смещение ионов. T. о. появляется связь между фононной и спиновой, или магнитной, подсистемами. В M. в. изменение магн. параметров состояния (напр., намагниченности) связано с изменением упругих параметров (деформации, механич. напряжения). Возникновение M. в.- одно из проявлений магнитоупру-гого взаимодействия, к-рое в первом приближении можно описать магнитоупругой энергией единицы объёма вещества:

3003-3.jpg

где 3003-4.jpg- тензор магнитоупругих констант, имеющий размерность плотности энергии, uik- тензор деформаций, M0 - модуль вектора намагниченности, Ml / M0 и М т/M0 - направляющие косинусы вектора намагниченности. В ф-ле (1) суммирование осуществляется по дважды встречающимся индексам. Здесь рассматриваются только те колебания, в к-рых модуль вектора M0 остаётся постоянным. Смешанная M. в., в к-рой переменными величинами являются как механические, так и магн. параметры состояния, т. е. и uik и M l , m , наиб, ярко проявляется в области частот, где длина 'упругой волны оказывается близкой по величине к длине спиновой волны (магнитоакустич. резонанс). Дисперсионное соотношение для спиновой волны имеет вид

3003-5.jpg

где g - магнитомеханическое отношение для электрона, А- обменная постоянная, 3003-6.jpg, H0 - напряжённость внешнего постоянного магн. поля, .N - размагничивающий фактор, k - волновой исктор,3003-7.jpg- угол между направлениями H0 и k. Дисперсионные соотношения для продольной и поперечной упругих волн имеют вид 3003-8.jpg где с l и ct- скорости звука для продольной и поперечной упругих волн.

Особенности поведения M. в. можно рассмотреть на примере плоских волн, распространяющихся вдоль одного из рёбер решётки кубич. кристалла. Если внеш. магн. поле H0 ориентировано вдоль направления распространения волн (Q =0), то при наличии магнитоупругой связи дисперсионные соотношения для продольной и поперечной волн примут вид

3003-9.jpg

3003-10.jpg

Здесь b - магнитоупругая константа, 3003-11.jpg- плотность вещества, M s - намагниченность насыщения, (w сп - значение w, соответствующее решению дисперсионного соотношения (2). В этом случае продольная часть фононно-го спектра оказывается не связанной с магн. подсистемой (кривая 1 на рис.), а для поперечных волн возможны два решения k+ и k_, соответствующих двум знакам в соотношении (4). 3003-12.jpg

Пересечение дисперсионных кривых поперечной упругой (кривая 2) и спиновой (кривая 3 )волн происходит при значении волнового числа k= k0, т. е.


3003-13.jpg


При k << k0 сплошная кривая 3-2 соответствует чисто спиновой волне, а кривая 2-3 - чисто поперечной упругой и обе волны распространяются со своими скоростями почти независимо друг от друга. При k>> k0 кривая 3-2 соответствует упругой волне, а кривая 2-3- спиновой и снова волны почти не зависят друг от друга. В области пересечения существуют две связанные M. в., описываемые соотношением (4). При k ~k0 происходит расщепление дисперсионных кривых на две ветви с частотами


3003-14.jpg


(масштаб кривых на рис. преднамеренно сильно искажён, т. к. обычно 3003-15.jpg


При фиксиров. частоте 3003-16.jpgмагнитоупругое взаимодействие обусловливает возможность появления двух волн с волновыми числами k+ и k_, к-рые распространяются с разной скоростью. Это приводит к вращению плоскости поляризации линейно поляризованной сдвиговой волны. Угол 3003-17.jpg, на к-рый поворачивается плоскость поляризации в волне, прошедшей расстояние z, равен


3003-18.jpg


где 3003-19.jpg


M. в. могут использоваться для преобразования звуковой волны в спиновую и обратно. В таких материалах, как, напр., монокристаллы ферритов-гранатов, на частотах ~109 Гц гораздо легче возбудить и принять спиновую волну, чем звуковую. Если образец феррита поместить в СВЧ-резонатор и возбудить в нём спиновую волну, то при наличии пост. магн. поля, неоднородного по пространству, по образцу побежит спиновая волна с переменным волновым числом k. При уменьшении напряжённости поля H в направлении распространения спиновой волны и при фиксиров. частоте w, задаваемой резонатором, величина k по мере распространения будет увеличиваться. Когда она достигнет значения k ~ k0, спиновая волна вследствие магнитоупру-гого взаимодействия превратится в магнитоупругую, а при дальнейшем увеличении k -в чисто упругую волну. Дальнейшее уменьшение H уже не будет влиять на характер распространения упругой волны. При таком преобразовании скорость распространения волн изменяется, поскольку скорость упругой волны гораздо больше, чем скорость спиновой волны. Если, начиная с к.-л. точки пространства, величина H возрастает и, следовательно, волновое число для спиновых волн уменьшается, то может произойти обратное преобразование звуковой волны в спиновую. T. о., создавая в образце неоднородное магн. поле, можно преобразовывать друг в друга упругие и спиновые волны и тем самым изменять скорость распространения и время прохождения сигнала по образцу.

Взаимодействие спиновых и упругих волн осуществляется на высоких УЗ- и гиперзвуковых частотах, поскольку область существования спиновых волн ограничена снизу частотами ~108 Гц. Верх, граница для M. в. также определяется возможностью получения спиновых волн и составляет ~5·1010 Гц.

Наилучшим материалом для возбуждения M. в. являются ферриты, в частности монокристаллы железоит-триевого граната, обладающие высокой добротностью как магнитной, так и упругой подсистем. Эти кристаллы используются в акустоэлектронике для изготовления линий задержки сигналов СВЧ. Управляя посредством неоднородного магн. поля скоростью распространения сигнала (за счёт преобразования волн), можно создавать линии с переменным временем задержки, а используя усиление M. в., возникающее из-за нелинейности магнитоупругого взаимодействия, можно добиться значит, снижения потерь при распространении сигнала.

Лит.: Ахиезер А. II., Барьяхтар В. Г., Пелетминский С. В., Спиновые волны, M., 1967; Физическая акустика, под ред. У. Мэзона, пер. с англ., т. 3, ч. Б, M., 1968, гл. 4; т. 4, ч. Б, M., 1970, гл. э; Mоносов Я. А., Нелинейный ферромагнитный резонанс, M., 1971; Такер Д ж., P з м p т о н В., Гиперзвук в физике твердого тела, пер. с англ., M., 1975; Красильников В. А., Крылов В. В., Введение в физическую акустику, M., 1984. А. Л. Полякова.


Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "МАГНИТОУПРУГИЕ ВОЛНЫ" в других словарях:

  • СПИНОВЫЕ ВОЛНЫ — 1) волны нарушений спинового порядка в магнитоупорядоченных средах. В ферромагнетиках, антиферромагнетиках и ферримагнетиках спины атомов и связанные с ними магн. моменты при отсутствии возбуждения строго упорядочены. Состояние возбуждения магн.… …   Физическая энциклопедия

  • МАГНИТОСТАТЙЧЕСКИЕ ВОЛНЫ — медленные эл. магн. волны (с фазовой скоростью v ф< с), сопровождающие колебания спинов в магнитоупорядоченном веществе. Обычно в приближении M. в. рассматривают ДВ колебания спинов, в динамике к рых влиянием обменных взаимодействий можно… …   Физическая энциклопедия

  • КРИСТАЛЛОАКУСТИКА — изучает особенности распространения акустич. волн в кристаллах, а также влияние анизотропии физ. св в кристаллов па хар ки акустич. волн (особенности их поляризации, поглощения и отражения, дифракции и др.). Анизотропия фазовых скоростей… …   Физическая энциклопедия

  • ГИПЕРЗВУК — высокочастотная часть спектра упругих волн от 109 до 1012 1013 Гц. По физ. природе Г. ничем не отличается от ультразвука, частоты к рого простираются от 2•104 до 109 Гц. Однако благодаря более высоким частотам и, следовательно, меньшим, чем в… …   Физическая энциклопедия

  • ТВЁРДОЕ ТЕЛО — агрегатное состояние в ва, характеризующееся стабильностью формы и хар ром теплового движения атомов, к рые совершают малые колебания вокруг положений равновесия. Различают крист. и аморфные Т. т. Кристаллы характеризуются пространств.… …   Физическая энциклопедия

  • МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ — ферромагнитные металлы и сплавы (см. ФЕРРОМАГНЕТИК), а также ферриты, обладающие хорошо выраженными магнитострикц. св вами (см. МАГНИТОСТРИКЦИЯ) и применяемые для изготовления магнитострикционных преобразователей эл. магн. энергии в механич. и… …   Физическая энциклопедия

  • АКУСТИЧЕСКИЙ ЯДЕРНЫЙ МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС — (АЯМР), избирательное поглощение энергии акустич. колебаний (фононов), обусловленное переориентацией магн. моментов ат. ядер в тв. теле, помещённом в постоянное магн. поле. Для большинства ядер резонансное поглощение наблюдается в области УЗ… …   Физическая энциклопедия

  • МАГНОН-ФОНОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ — взаимодействие упругих и спиновых волн в твёрдом теле. (см. МАГНИТОУПРУГИЕ ВОЛНЫ). Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983 …   Физическая энциклопедия

  • МАГНИТОУПРУГОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ — взаимное влияние намагниченности и упругих деформаций среды (связь спиновой подсистемы кристалла с кристал лич. решёткой). M. в. проявляется, напр., в изменении размеров и формы тела (образца) при его намагничивании ( магпитострикция), а также в… …   Физическая энциклопедия

  • ДИСПЕРСИЯ ЗВУКА — (дисперсия скорости звука), зависимость фазовой скорости гармонич. звук. волн от их частоты. Д. з. может быть обусловлена как физ. св вами среды, так и присутствием в ней посторонних включений и наличием границ тела, в к ром авук. волна… …   Физическая энциклопедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.