Феромагнітний резонанс
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Феромагнітний резонанс

Феромагнітний резонанс, один з різновидів електронного магнітного резонансу; виявляється у виборчому поглинанні феромагнетиком енергії електромагнітного поля при частотах, співпадаючих з власними частотами w 0 прецессиі магнітних моментів електронної системи феромагнітного зразка у внутрішньому ефективному магнітному полі Н еф. Ф. р. у вужчому сенсі – збудження коливань типа однорідної (у всьому об'ємі зразка) прецессиі вектора намагніченості J ( хвиль спинів з хвилевим вектором до = 0), що викликається магнітним СВЧ(надвисокі частоти) -полем H ^ , перпендикулярним постійному полю H, що намагнічує, 0 . Однорідний Ф. р., як і електронний парамагнітний резонанс (ЕПР), може бути виявлений методами магнітною радіоспектроскопії . Оскільки магнітна СВЧ(надвисокі частоти) -воспріїмчивость (а отже, і поглинання) пропорційна статичною магнітній сприйнятливості c 0 = J s /h 0 , де J s – намагніченість насичення феромагнетика, то при Ф. р. поглинання на декілька порядків більше, ніж при ЕПР. Завдяки спонтанній намагніченості феромагнетика поле Н еф може істотно відрізнятися від зовнішнього поля H 0 (із-за магнітній анізотропії і розмагнічуючих ефектів поверхні зразка; див.(дивися) Розмагнічуючий чинник ), зазвичай Н еф (0 навіть при H 0 = 0 («природний» Ф. р.). Основні характеристики Ф. р. – резонансні частоти, релаксація, форма і ширина ліній поглинання, нелінійні ефекти – визначаються колективною багатоелектронною природою феромагнетизму . Квантовомеханічна теорія Ф. р. приводить до того ж вираженню для частоти Ф. р. w 0 , як і класичному розгляд w 0 = g Н еф , де g = g m Би / магнітомеханічне відношення, g – чинник спектроскопічного розщеплювання ( Ланде множник ), m Би магнетон Бору,   = h/ 2p Планка постійна . Через Н еф частота w 0 залежить від форми зразка, від орієнтації H 0 відносно осей симетрії кристала і від температури. Наявність доменної структури в феромагнетику ускладнює Ф. р., приводячи до можливості появи декількох резонансних піків.

загрузка...

  Зазвичай мають справу з неоднорідним Ф. р. – збудженням магнітним СВЧ(надвисокі частоти) -полем неоднорідних типів колективних коливань J s (хвиль спинів з до ¹ 0), специфічних саме для феромагнетиків. Існування декількох типів резонансних коливань, гілок Ф. р. (хвиль спинів з до ¹ 0), поряд з коливаннями типа однорідної прецессиі (з до = 0) абсолютно міняє характер магнітної релаксації і розширення ліній поглинання при Ф. р. в порівнянні з ЕПР. З квантовомеханічної точки зору процеси релаксації описуються як розсіяння хвиль спинів один на одному, на теплових коливаннях ( фононах ) і на електронах провідності (у металах). Наприклад, при однорідному Ф. р. релаксація виявляється в розширенні його лінії поглинання на величину Dw 0 =, де t 0 – час релаксації, тобто середній «час життя» хвилі спину з до = 0 . Ширіна лінії D Н для різних феромагнетиків міняється в межах від 0,1 до 10 3 е . Основну роль в розширенні лінії грають статичні неоднорідності: домішкові атоми, пори, дислокації, найдрібніші шорсткості на поверхні зразка. Найбільш вузька лінія (з D Н = 0,53 е ) спостерігалася в монокристалі з'єднання Y 3 Fe 5 O 12 – ітрієвому фериті із структурою граната. У металевих феромагнетиках один з головних механізмів розширення ліній Ф. р. пов'язаний з скін-ефектом : СВЧ(надвисокі частоти) -поле із-за вихрових струмів стає неоднорідним і тому збуджує широкий спектр хвиль спинів. Істотну роль в розсіянні хвиль спинів в металевих феромагнетиках грає також взаємодію хвиль з електронами провідності. Ширіна найбільш вузької лінії Ф. р. в металевих феромагнетиках по порядку величини складає 10 е .

  Нелінійні ефекти Ф. р. визначаються зв'язком між однорідною прецессией магнітних моментів і неоднорідними типами коливань, які відсутні при ЕПР. Із-за вказаного зв'язку при збільшенні амплітуди напруженості магнітного поля Н ^ до деякої критичної величини Н ^, кр починається швидке (експоненціальний) зростання коливань з певними хвилевими числами (т.з. нестабільне збудження коливань). Такий пороговий характер нестабільного збудження обумовлений тим, що досягши Н ^, кр , деякі з хвиль спинів з до ¹ 0 не встигають отримувану ними (від хвиль з до = 0) енергію передавати іншим хвилям спинів або фононам.

  Магнітопружні взаємодії у феромагнетиках (див. Магнітострикція ) можуть привести до параметричного збудження нестабільних коливань кристалічної решітки (фононів) магнітним СВЧ(надвисокі частоти) -полем і зворотному ефекту – збудженню хвиль спинів СВЧ(надвисокі частоти) -полем пружної напруги ( гіперзвуком ) . Вивчення Ф. р. привело до створення на його основі багато СВЧ(надвисокі частоти) -устройств: вентилів і циркуляторов, генераторів, підсилювачів, параметричних перетворювачів частоти і обмежувачів потужності.

  Вперше на резонансний характер поглинання сантиметрових електромагнітних хвиль феромагнетиками вказав в 1911–13 Ст До. Аркадьев .

 

  Літ.: Феромагнітний резонанс і поведінка феромагнетиків в змінних магнітних полях. Сб., пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1952; Феромагнітний резонанс, М., 1961; Гуревіч А, Г,, Ферити на надвисоких частотах, М., 1960; його ж, Магнітний резонанс у феритах і антиферомагнетиках, М-код,, 1973; Моносов Я. А., Нелінійний феромагнітний резонанс, М., 1971; Magnetism, A treatise on modern theory and materials, v. I, N. Y. – L., 1963.

  С. Ст Вонсовський.