к библиотеке  к оглавлению  FAQ по эфирной физике  ТОЭЭ  ТЭЦ  ТПОИ  ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике
А  Б  В  Г  Д  Е  Ж  З  И  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Э  Ю  Я  

Магнитоупругие волны
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:

где- тензор магнитоупругих констант, имеющий размерность плотности энергии, uik - тензор деформаций, M0 - модуль вектора намагниченности, Ml / M0 и  Мт/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

где g - магнитомеханическое отношение для электрона, А - обменная постоянная, , H0 - напряжённость внешнего постоянного магн. поля, .N - размагничивающий фактор, k - волновой исктор,- угол между направлениями H0 и k. Дисперсионные соотношения для продольной и поперечной упругих волн имеют вид где сl 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

Здесь b - магнитоупругая константа, - плотность вещества, M s - намагниченность насыщения, (wсп - 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). 

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

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

(масштаб кривых на рис. преднамеренно сильно искажён, т. к. обычно

При фиксиров. частотемагнитоупругое 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, на к-рый поворачивается плоскость поляризации в волне, прошедшей расстояние z, равен

где 

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.

Литература по 

1. 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.

к библиотеке  к оглавлению  FAQ по эфирной физике  ТОЭЭ  ТЭЦ  ТПОИ  ТИ